TUBO DE RAYOS X Introduccion

TUBO DE RAYOS X
Introduccion
Los Rayos X, son una radiación electromagnética penetrante, con una longitud
de onda menor que la luz visible, producida bombardeando un blanco
(generalmente de volframio) con electrones de alta velocidad. Los rayos X
fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm
Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de
descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de
una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platinocianuro de
bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que
funcionaba el tubo. Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la
fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la
radiación ultravioleta. Roentgen llamó a los rayos invisibles rayos
X; por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los rayos X fueron
también denominados rayos Roentgen en su honor.
Historia
El primer tubo de rayos X fue el tubo de Crookes, llamado así en honor a su
inventor, el químico y físico británico William Crookes; se trata de una
ampolla de vidrio bajo vacío parcial con dos electrodos. Cuando una
corriente eléctrica pasa por un tubo de Crookes, el gas residual que
contiene se ioniza, y los iones positivos golpean el cátodo y expulsan
electrones del mismo. Estos electrones, que forman un haz de rayos
catódicos, bombardean las paredes de vidrio del tubo y producen rayos X.
Estos tubos sólo generan rayos X blando.
Tubo de rayos X
Aunque los rayos X son generados por la desaceleración o la detención súbita
de los electrones de alta velocidad, su empleo eficaz depende de la
producción en determinadas condiciones:
−Una fuente de electrones, el filamento catódico o cátodo.
−Un blanco, el ánodo, constituido por material adecuado y conectado de modo
que atraiga a los electrones en el momento oportuno.
−Los electrones no deben encontrar ninguna interferencia extraña en su
trayectoria hacia el blanco.
−Un método para acelerar a los electrones hacia el blanco.
Todas estas condiciones se cumplen en el moderno tubo de rayos X de cátodo
caliente: el cátodo de filamento caliente y el ánodo de tungsteno se hallan
dentro de un recipiente de vidrio al vacío, herméticamente cerrado. La
corriente alterna circula hacia el cátodo y desde éste en el circuito del
filamento, mientras que una corriente continua pulsátil va al cátodo, pasa
al ánodo y sale de él sin eliminar el vacío. Si el vacío no se mantuviese,
ocurrirían irregularidades en el flujo de electrones desde el cátodo hacia
el ánodo. Como el flujo de electrones constituye la corriente de tubo (mili
amperaje), para que el tubo de rayos X funcione bien es fundamental que el
flujo de electrones se mantenga lo mas constante posible durante cada
exposición. Si el tubo de rayos X se torna gaseoso, o sea, pierde su vacío
completo, se produce fluctuaciones perceptibles del mili amperaje cuando
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está en funcionamiento.
El tubo de vidrio al vacío se halla rodeado por un blindaje metálico que
contiene plomo y hace las veces de barrera primaria para absorber los rayos
X que no están orientados hacia la ventana de salida. El blindaje metálico
tiene una ventana de material radio transparente, directamente debajo del
ánodo, que permite la salida de los rayos X útiles a través de una abertura
limitada. Entre el blindaje metálico y el tubo de vidrio hay un aceite muy
refinado que sirve de aislador eléctrico, de conductor de calor y de filtro
para los rayos X blandos e inútiles. La presencia del aceite impide que el
tubo de rayos X produzca descargas eléctricas. Durante la generación de
rayos X se producen enormes cantidades de calor, que se disipan desde las
conexiones del ánodo, que están fuera del tubo de vidrio, hacia el blindaje
metálico, y desde éste hacia el aire. Entre el tubo de vidrio y la ventana
del blindaje metálico, e. Aceite actúa como un filtro intrínseco, que debe
tener un valor equivalente a 0.5 mm de aluminio como mínimo. Fuera de la
ventana y en el mismo blindaje existe una hendidura para filtros
adicionales, en los viejos blindajes había una hendidura mas para conos de
diversos tamaños. En los blindajes de tubo de rayos X más modernos, en
cambio, en este sitio del blindaje metálico se monta el colimador.
Ánodo
El ánodo del tubo de rayos X recibe carga eléctrica positiva durante la
emisión de rayos X; es decir, durante el tiempo en que el interruptor de
exposición (secundario) permanece cerrado. La carga positiva del ánodo atrae
a los electrones que se desprenden del cátodo y se cierra así el circuito de
alta tensión (secundario) El ánodo suele constituir en una barra o cilindro
de cobre, uno de cuyos extremos sale del tubo de vidrio y está conectado con
el transformador de alta tensión. El otro extremo mira al cátodo y tiene un
pequeño botón de tungsteno incluido en su centro.
La faz del ánodo es biselada, o sea que se aleja del cátodo en un ángulo de
15 a 20º, según la marca y el tipo de tubo de rayos X.
El ángulo del ánodo controla en considerable medida la fuerza de los rayos
(o la cantidad de energía del haz total) que se emite hacia el extremo
catódico y hacia el extremo anódico del tubo de rayos X.
El bloque de tungsteno mide unos 2 mm de espesor y sirve de blanco para los
electrones que llegan desde el cátodo. La energía cinética de los electrodos
del cátodo que chocan con el botón de tungsteno se transforma en dos tipos
de energía: rayos X y calor. El calor de disipa con mucha rapidez desde el
tungsteno por el ánodo de cobre y el aceite hasta el blindaje del tubo.
Existen varios métodos para disipar el calor generado en el ánodo y
propagado a la envoltura o blindaje del tubo. Uno de estos procedimientos,
utiliza unan capa de aceite, que trasmite el calor al blindaje, y éste, lo
irradia al medio aéreo. Otros métodos de refrigeración anódica se valen de
persianas o radiadores especiales. La mayor parte de los tubos radiográficos
de alta capacidad cuentan con un ventilador mecánico junto al blindaje
protector, que contribuye a su enfriamiento.
Los ánodos de los tubos de rayos X que se utilizan para diagnóstico pueden
ser fijos o rotativos. En muchos tubos de ánodo rotativo el borde biselado
de la circunferencia del disco forma un ángulo de 15º con el plano
transversal del tubo de rayos X. El borde biselado se aleja del cátodo de
modo que los rayos X útiles se proyectan a través de la ventana de salida.
El filamento del cátodo está rodeado por una copa de enfoque de molibdeno,
esta copa concentra en una pequeña superficie del blanco anódico a los
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electrones que parten del filamento. Como el filamento es lineal, los
electrones inciden sobre el blanco siguiendo una línea. El ánodo se anula
alejándose un poco del cátodo, de modo que los rayos X emitidos
perpendicularmente al haz de electrones parecen provenir de un punto y no de
una línea.
Los electrodos del cátodo inciden sobre el ánodo en una superficie (punto
focal electrónico) determinada por la copa de enfoque de molibdeno, por la
forma del filamento catódico y por el ángulo del ánodo. Los primitivos tubos
radiográficos tenían un ángulo anódico de 45º. Los modernos tubos de ánodo
fijo, en cambio, poseen un ángulo de alrededor de 18º para reducir el tamaño
del punto focal óptico. Los primitivos puntos focales también eran elípticos
y rectangulares.
Estos focos lineales de los tubos de ánodo fijo surgieron tras numerosos
intentos para reducir el tamaño del área focal efectiva. Los términos área
focal electrónica (verdadera) y área focal óptica (efectiva) a menudo se
confunden y con frecuencia son mal interpretados. El área focal electrónica
es la verdadera zona bombardeada por los electrones procedentes del cátodo.
El tamaño del área sobre la cual inciden los electrones dependen
principalmente de la forma y el tamaño de la copa de enfoque y del filamento
del cátodo; por supuesto, el ángulo del ánodo influye sobre el tamaño de
esta área, pero no es el principal factor que lo determina. El área focal
óptica es la zona de proyección del área focal electrónica; esta proyección
se produce en ángulo recto con respecto al haz de electrones catódicos. El
área focal real es, por supuesto, considerablemente mayor que el área focal
efectiva. Con el término de foco efectivo se designa el área de proyección
focal de determinado tubo Röntgen.
Por último, el tamaño del área focal óptica es el resultado del ángulo del
ánodo y de la superficie verdadera del blanco.
Por supuesto, empleando un área focal más pequeñas, se obtienen radiografías
de mayor definición.
El ánodo giratorio es un disco de unos 7 u 8 cm de diámetro. Un rotor
exterior hace que este ánodo gire sobre su eje a la velocidad aproximada de
3000 r.p.m. Como resultado de ese giro, cambia continuamente el área focal
sobre la que incide el haz de electrones catódicos. Ello permite utilizar un
mayor kilo voltaje y más miliamperio−segundos sin salirse de los límites de
seguridad para operar el tubo− determinados por las especificaciones
correspondientes.
Los electrones solo chocan con una zona reducida de esta banda o
circunferencia en un instante preciso. Con la introducción de los tubos de
ánodo rotatorio se han logrado notables avances en el desarrollo de las
radiografías ultrarrápidas, para las que se requieren corrientes de muy alta
tensión y tiempos de exposición muy cortos.
Cátodo
El cátodo posee una carga negativa en relación con el ánodo. El circuito del
filamento del aparato de rayos X suministra el calentamiento necesario al
filamento del cátodo. Uno de los extremos de éste se conecta también con el
bobinado secundario del transformador de alta tensión y conduce la
corriente secundaria a través del tubo Röntgen.
La disposición especial del colector, su relación con el filamento del
cátodo, y la aplicación de un voltaje elevado al tubo de rayos X
hace que los electrones−emitidos a partir del filamento catódico− choquen
sobre un área muy reducida (foco) de la placa del ánodo.
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El delgado filamento (de unos 0.2 mm de diámetro) opone una resistencia
considerable al paso de la corriente de calentamiento, la cual eleva la
temperatura de aquél hasta un grado lo bastante alto como para que los
electrones se volatilicen y rodeen el cátodo. El aumento de intensidad de la
corriente del filamento se traduce en el consiguiente aumento de la energía
cinética de sus electrones, haciendo que de esta manera se desprenda una
cantidad proporcionalmente mayor de ellos de los enrollamientos de alambres.
Este proceso de liberación de electrones a causa de la incandescencia se
conoce con el nombre de emisión termoiónica.
Emisión termoiónica
La emisión termoiónica es la liberación de electrones determinada por la
aplicación de calor. El número de electrones liberados depende del grado de
calentamiento del filamento. Los electrones que fluyen desde el cátodo hacia
el ánodo por segundo constituyen la llamada corriente del tubo; la magnitud
de esta corriente es función del número total de electrones que se dirigen
del cátodo al ánodo. Para que se produzcan rayos X es necesario que los
electrones liberados choquen contra el foco del ánodo a gran velocidad. Ello
ocurre si el ánodo se encuentra positivamente cargado dentro del circuito de
alta tensión. Al cerrarse el conmutador de exposiciones, la tensión
secundaria es bastante más alta en el cátodo que en el ánodo. Por eso la
caída de tensión entre uno y otro acelera el flujo catódico de electrones en
dirección al ánodo cargado positivamente con una fuerza en cierto modo
proporcional a la tensión de la corriente de alimentación que llega del
secundario. La parte central del transformador de alta tensión está
conectada a tierra para lograr un aislamiento efectivo. Como el circuito de
rectificación está integrado por las dos derivaciones de un transformador
conectado con tierra en su porción intermedia, el resultado en cualquier
momento es un potencial altamente positivo en una de ellas y otro potencial
negativo elevado en la opuesta. Este dispositivo proporciona una diferencia
de potencial entre el cátodo y el ánodo.
Rayos X − características de los rayos X−
Los rayos X constituyen una forma de energía radiante poseedora tanto de una
naturaleza ondulatoria, como cuántica. Dado que cuentan con ésta naturaleza
ondulatoria y que se desplazan con la velocidad de la luz, se las ha
clasificado como ondas electromagnéticas. Una onda electromagnética se
produce por la oscilación de una carga eléctrica, viajando todas estas ondas
con la misma velocidad de la luz, aproximadamente 3X10 ¹⁰ cm por
segundo en el vacío.
Los rayos X son eléctricamente neutros, y capaces de penetrar a través de
cualquier tipo de materia. Los rayos X pueden ser causa de múltiples efectos
biológicos, físicos y químicos. En los efectos biológicos cabe señalar a los
bactericidas, las perturbaciones cromosómicas, etc. Entre los efectos
físicos se encuentran la impresión fotográfica de las placas, la ionización
de las sustancias inertes, y su capacidad de penetración a través de la
materia. Entre los efectos de carácter químico se encuentra la liberación de
Yodo entre otros.
Dado que los rayos X constituyen una forma definida de energía se hace
necesario gastar energía para producirlos. La aplicación de la corriente de
calentamiento al filamento del cátodo eleva la resistencia del mismo al paso
de la primera. Esta resistencia hace que el precipitado filamento adquiera
cierto grado de temperatura, en relación con el amperaje de la corriente
utilizada. Cualquier aumento de la corriente se traducirá por una elevación
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en la temperatura del filamento. El calentamiento activa los electrones de
los átomos del filamento; algunos de estos electrones tienden a desprenderse
(son liberados) del filamento, como resultado del aumento de su energía
cinética. Cuanto mayor es la temperatura del filamento catódico, tanto mas
grande es el número de electrones que el mismo libera. Al aplicarse cierto
voltaje al tubo (kilovoltaje) se proyecta una cantidad de electrones hacia
el ánodo, con lo cual se produce los rayos X.
Además de esa naturaleza electromagnética manifestada por los rayos X, éstos
poseen también una naturaleza cuántica, y se originan como pulsiones
separadas (fotones) de energía (de acuerdo con la teoría cuántica de Planck)
Un fotón es una partícula de radiación X o radiación gamma. Un cuanto
representa una cantidad determinada de energía (producto de la llamada
constante de Planck por la frecuencia de la radiación, o sea, el número de
vibraciones por segundo; y, llamando h a la primera y v a la segunda, se
tiene la fórmula hv)
Carga de espacio y corriente de saturación:
A una determinada temperatura del filamento, él número total de electrones
liberados desde el filamento permanece constante, independientemente del
voltaje. Cada electrón es portado de una carga eléctrica negativa; por lo
mismo, cada uno repele a cualquier otro. Cada átomo del cátodo que haya
perdido un electrón queda positivamente cargado; es por ello que se
constituye una carga electroestática. El calentamiento continuo del
filamento producirá la liberación de nuevos electrones. La acción de la
temperatura del filamento es suficiente para contrarrestar la atracción
electroestática que ese establece entre los electrones liberados y los iones
del filamento.
El resultado final de estas fuerzas combinadas es la llamada carga de
espacio.
Cuando el voltaje del tubo es bajo, el ánodo atrae únicamente a los
electrones que se encuentran mas cerca del; por eso, la corriente del tubo
(miliamperaje) es reducida. Manteniéndose constante la temperatura del
filamento, cualquier aumento del kilovoltaje determinara la atracción de un
mayor numero de electrones hacia el ánodo; en consecuencia, se registrara un
decrecimiento proporcional del número de electrones liberados repelidos
hacia el filamento.
Aumentándose el kilovoltaje, pueden alcanzarse finalmente valores del mismo
en los que todos electrones desprendidos del cátodo sean proyectados hacia
el ánodo, a medida que van siendo liberados, sin que ninguno de ellos sea
rechazado hacia el filamento catódico. Este valor de tensión recibe el
nombre de voltaje de saturación, y la magnitud de corriente que le
corresponde, es la corriente de saturación.
A mayores valores en la corriente del filamento corresponden magnitudes más
elevadas de la carga de espacio. Para prevenir la destrucción o el deterioro
del tubo Röntgen al aplicar corriente de filamento muy intensas, se han
incorporado al circuito un compensador de carga de espacio. La acción de
este compensador frente a un aumento del voltaje en el tubo consiste en un
descenso automático en la corriente del filamento; de esta manera, el
dispositivo mantiene los valores adecuados y constantes en la corriente del
tubo.
La producción de rayos X:
Para que se produzcan los rayos X, se hace necesaria una deceleración brusca
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o incluso la detención de los electrones lanzados a gran velocidad desde el
cátodo.
En los modernos tubos Röntgen de diagnostico, la velocidad de los electrones
que bombardean al ánodo alcanzan aproximadamente 0,9 de la correspondiente a
la luz. La tensión aplicada imprime un movimiento acelerado a los
electrones que se desplazan desde el cátodo hacia el ánodo. De este modo, la
velocidad del electrón se va haciendo mayor a medida que se acerca a la
placa anódica. La energía cinética podrá calcularse si se conoce el kilo
voltaje o la energía en electrón voltio. De acuerdo con la ley de la
conservación de la energía, un electrón que se desplaza desde el cátodo a
gran velocidad, al ser acelerado o detenido por un átomo deberá transferirle
su energía. Un electrón gastara energía para penetrar en otro sistema
orbitario. Ello determina la consiguiente deceleración del electrón intruso.
Al atravesar las tres órbitas externas del átomo de tungsteno (P, O y N) el
electrón transfiere energía al átomo, el cual a su vez la emite con una
longitud de onda que corresponde al infrarrojo(calor) Es de esta manera que
se disipa o pierde la mayor parte de la energía incorporada (aprox. El 99%)
Con suficiente voltaje, muchos de los electrones catódicos podrán llegar
hasta el ánodo con suficiente energía como para atravesarlas órbitas M, L e
incluso K. Es precisamente esta gran cantidad de energía conferida al átomo
de tungsteno por los electrones y emitida desde dicho átomo como exceso de
aquélla, la que se mantiene con una longitud de onda que está dentro de los
limites del espectro continuo de los rayos X.
Tal energía así emitida equivale aproximadamente al 1% de la energía total
aplicada. El espectro continuo correspondiente a los rayos X es denominado
la radiación general o blanca y es una banda formada como resultado de la
deceleración de los veloces electrones que penetran el átomo.
Liberado del filamento, el electrón acelerado puede chocar y desviar de su
órbita a otro electrón del átomo anódico. Cuando ello ocurre, otro electrón
deberá llenar el espacio vacío. Al ser detenido el electrón catódico, su
energía es transferida al átomo que recibió el impacto.
Las energías de las diversas órbitas se consideran como negativas, en tanto
que la energía de que es portador el electrón catódico son calificadas ahora
como positiva.
El desplazamiento de un electrón de su orbita suele suponer la liberación de
su energía. Cuando un electrón bombardea hace impacto y desaloja a un
electrón K de un átomo de tungsteno, otro electrón deberá llenar el hueco
producido. Durante la transición, el átomo emite energía bajo la forma de
una radiación X característica. Las radiaciones X propias son de longitudes
de onda precisas, son características de una sustancia pura y son emitidas
por ésta cuando son excitadas apropiadamente. Como la orbita K de un
electrón de tungsteno representa aproximadamente unos 70 kev de energía,
para desalojar dicho electrón se necesitará el impacto de otro electrón
catódico portador de otros tantos de 70 kev de energía. La órbita L de un
electrón representa unos 11 kev de energía. Si un electrón de esta órbita
pasa a cubrir el espacio vacío de la órbita K, el átomo radiará unos 59 kev
de energía (la diferencia entre70 kev y 11 kev) en forma de rayos X propios;
el resto de energia incorporada será emitido también como rayos infrarrojos.
La estructura del átomo determina la energía de la radiación propia.
La órbita M del electrón equivale a 2.5 kev de energía. Si un electrón de la
órbita M rellena el hueco dejado en otra K, la energía emitida será 67.5
kev, cantidad de energía superior a la liberada en el paso de L a K. Toda
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esta energía así emitida lo es en la forma de onda electromagnéticas.
El desplazamiento de un electrón K hace que el átomo emita un a radiación
característica propia. Los rayos propios del tungsteno son emitidos por el
mismo únicamente cuando la tensión del tubo iguala p sobrepasa
aproximadamente los 70 kvp (kilo−volts peak) Elementos cuyos números
atómicos (Z) sean mayores a 74 requerirán mayores tensiones para desplazar a
los electrones K, y las longitudes de onda emitidas son las propias de estos
elementos más densos.
Se llaman rayos correspondientes a los originados por una transición similar
entre niveles de energía. Pueden producirse del transito entre las órbitas
homónimas de dos átomos cualesquiera. Cuando los rayos correspondientes son
el resultado del transito dentro de las órbitas K, los mismos son también
propios o característicos.
El voltaje aplicado al tubo regula la fuerza con que bombardean los
electrones, controlando su energía. La mayos o menor tensión aplicada
determina la energía de la onda electromagnética emitida. Puesto que voltaje
regula la energía del fotón Röntgen, el pico o tensión máxima determina la
órbita de la que se irradia el fotón Röntgen más enérgico y, determina la
mínima longitud de onda emitida. De ello que la longitud de onda depende del
voltaje. Experimentalmente se comprueba que cuanto más corta son estas
longitudes tanto mas duras son las radiaciones, o sea que la dureza depende
de la longitud de onda. A medida que aumenta su dureza, aumenta la capacidad
penetrante de onda, la penetrabilidad depende de la longitud de onda. Estas
tres propiedades de los rayos X (long. de onda, dureza y penetrabilidad)
definen la cantidad de los mismos, y todas ellas son determinadas por el
kilo voltaje.
Naturaleza cuántica de los rayos X
Dado que la corriente del circuito secundario es alternada, la tensión
aplicada ascenderá de cero hasta el pico previsto, luego volverá a cero.
Estas tensiones en variación constante impulsan la proyección de los
electrones catódicos hacia la placa del ánodo. El resultado es que el haz de
rayos X forman un manojo o banda de diversas longitudes de onda.
Dichas long. Se producen en el foco del ánodo por efectos del bombardeo y
del impacto de electrones catódicos, portadores cada uno de cantidades
particulares d energía cinética. Los electrones de baja energía producen
longitudes de onda mas largas, son menos penetrantes. A mayor energía en el
electrón corresponden longitudes de onda más cortas, con cantidades mayores
de energía emitida. Es así que, en la radiación X, cada longitud de onda
individual representa una cantidad especifica de energía.
El átomo emite una pulsion de energía por cada porte de energía que se le
aplica. Un átomo no puede liberar energía a menos que se haya añadido ésta
al primero. Si el electrón catódico penetra en la órbita K y desaloja un
electrón K del átomo anódico, éste último emite un cuento de energía Röntgen
equivalente a la energía de la órbita K, se deduce que el mismo tendrá una
longitud de onda menor que la que
habría de poseer un cuanto de la órbita L.
Medición de la penetrabilidad de los rayos X
La penetrabilidad es una de las cualidades importantes de los rayos X. Los
factores que deben manejarse no son para todos iguales. Es casi imposible
fijar una técnica fundada matemáticamente, se hace necesario determinar la
penetrabilidad de los fotones. El dispositivo empleado para esta
determinación llamado penetrómetro. Un penetrómetro puede estar fabricado de
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cualquier materia apropiado, deberá tener la forma de cuña escalonada, con
un grosor creciente en cada escalón. El metal suele ser el aluminio. En cada
tramo aumenta 1/8 pulgadas con respecto al anterior. En cada escalón puede
llevar incorporados cifras de plomo, que denoten el escalón más grueso que
los distintos kilo voltajes lleguen a penetrar. El reloj miliamperímetro
utilizado en este tipo de calibración deberá indicar cantidades constantes
en cada serie de exposición.
El haz de rayos X
La energía emergente del tubo Röntgen consiste en una banda heterogénea de
múltiples longitudes de onda. Como los fotones Röntgen se producen en forma
ondulatoria, las ondas divergen desde la superficie del ánodo en todas
direcciones. Los rayos X emanan en todos los grados de una esfera cuyo
centro sería el punto donde se produce el bombardeo electrónico en la placa
del ánodo. Los dispositivos protectores que rodean al tubo Röntgen evitan el
escape de la mayoría de estas radiaciones inservibles.
El Angulo de inclinación de la placa del ánodo contribuye también a emisión
de los rayos X primarios (útiles) a través del costado del tubo. Los rayos X
emitidos a partir de pequeñas áreas focales producen las radiografías más
nítidas, puesto que es mínima la superposición de radiaciones.
En la practica de la radiografía, el interés primordial gira entorno del haz
primario. El mismo esta constituido por todos los rayos que escapan del
blindaje del tubo a través de la ventana, que se origina directamente del
bombardeo del ánodo por los electrones catódicos.
Los rayos primarios divergen hacia delante en todas direcciones junto con el
rayo central. Éste es aquel grupo de radiaciones primarias que transpone la
ventana formando ángulo recto con el eje mayor del tubo Röntgen, y es la
porción del haz primario que se dirige al centro de la película que se ha de
radiografiar. Es necesario controlar la zona marginal divergente de estos
rayos primarios. Ciertos dispositivos como los conos y diafragmas, eliminan
eficazmente la mayoría de estas radiaciones X divergentes.
Rayos secundarios
Cuando un haz de rayos X pasa a través de cualquier sustancia, ésta tiende a
absorber o a modificar parte de su energía. Para calcular la intensidad
exacta de un haz de rayos X a una determinada distancia desde su foco al
objeto (simplemente, distancia foco−objeto), los valores logrados según la
ley inversa del cuadrado deberá multiplicarse por el factor de corrección
correspondiente a dicha distancia en el medio atmosférico.
Cuando los rayos primarios atraviesan los tejidos del cuerpo u otro material
de carácter orgánico, se producen diversos fenómenos. Entre ellos la
producción de radiaciones secundarias. Son rayos secundarios los generados
en el individuo o en los objetos circundantes por el paso de los rayos
primarios.
Estos rayos secundarios suelen ser por lo menos de dos clases: dispersos o
secundarios (algunos con longitudes de onda idénticas y otras mas largas que
los rayos primarios), y fluorescentes característicos (son éstos específicos
poseen la misma longitud de onda del material radiante) Los rayos dispersos
secundarios divergen en todas direcciones desde el punto don de se generan
en el objeto. La mayor intensidad se registra hacia delante. Los rayos
fluorescentes característicos son idénticos a las radiaciones propias; el
modo de producirse uno de otro es diferente. Los rayos propios
(característicos) resultan del impacto de los electrones catódicos en la
placa anódica del tubo Röntgen; los rayos característicos fluorescentes son
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el resultado del choque de un fotón primario de rayos X en el objeto
radiante (radiador) El voltaje que se requiere para producir rayos
característicos es directamente proporcional al cuadrado del número atomico
de la materia que recibe el impacto.
Rayos residuales
Los rayos residuales son lo que producen la imagen latente en la película.
Es la radiación remanente aquel conjunto de rayos ionizados que determinan
la imagen radiográfica. La radiación primaria total que penetra en la
porción del objeto que se ha de radiografiar disminuye como consecuencia de
la interacción establecida entre estos fotones Röntgen y la materia
atravesada. Los rayos residuales que emergen de los tejidos están integrados
por aquellas radiaciones primarias que no han sido absorbidas y por las
radiaciones secundarias generadas en las propias estructuras tisulares. La
cantidad de rayos secundarios incorporados a esta radiación residual depende
de las longitudes de onda de los primeros y de los métodos empleados para
regular o controlar la producción de la segunda.
Rayos X y materia:
Los rayos X son eléctricamente neutros y tienen longitudes de onda
extremadamente cortas, especialmente si se compara su magnitud con el tamaño
del núcleo atómico y los espacios relativos entre el mismo y las órbitas
circundantes. Precisamente por estos espacios relativamente holgados que no
pocas de las radiaciones de longitud de onda más corta pueden atravesar un
átomo, entre el núcleo y las precipitadas órbitas, sin tropezar con aquel o
con algún electrón de cualquiera de éstas.
Por esto los rayos X son capaces de penetrar a través de la materia. Sin
embargo, el material atravesado por tales fotones absorbe una gran cantidad
de la energía radiante de las partículas Röntgen elementales. Esta pérdida
de energía corresponde a la producción de radiaciones secundarias.
Los fotones de energía pueden influir o verse influidos por la materia, así
como penetrar en la misma de acuerdo con cualquiera de tres diferentes
mecanismos.
Emisión fotoeléctrica y absorción verdadera:
Cuando una cantidad suficiente de fotones de alta energía integrantes del
haz primario entran en colisión con un electrón y lo desplazan de la órbita
K de un átomo del material atravesado, dicho átomo emite un rayo
característico, y otro electrón viene a llenar el espacio que quedó vacío.
El electrón desplazado recibe toda la energía que le transfiere el fotón;
después se desprende del átomo a que pertenecía, y en ocasiones choca y
ioniza a otros átomos que encuentra en su trayectoria. Este tipo de
interacción constituye una emisión fotoeléctrica y una verdadera absorción;
el electrón a que nos hemos referido es un fotoelectrón, que se desplaza con
la energía cinética que le transfiera el fotón.
Dispersión inmutable (dispersión de Thompson):
Un fotón dotado de considerable energía, perteneciente al haz primario de
radiaciones, puede chocar con un átomo y reflejarse en otra dirección sin
llegar a penetrar en el mismo. El fotón conserva toda su energía original, y
de ahí el adjetivo de inmutable. Un fotón puede también pasar entre el
núcleo y la órbita K de un átomo sin tocar ni a uno ni a la otra, pero como
el núcleo atrae en cierta medida al fotón, éste se desviará ligeramente al
salir.
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Efecto Compton:
El efecto Compton supone una acción mutua entre el fotón incidente y un
electrón libre, o bien entre dicho fotón y un electrón que se mantenga en
órbita. Un fotón del haz primario dotado de gran energía puede incidir
oblicuamente sobre uno de tales electrones orbitales; en el caso, parte de
la energía del primero es transmitida al electrón y tiende a desplazarlo de
su órbita; por otra parte, el fotón se desvía de su trayectoria originaria y
continúa a través del átomo. Dicho electrón se llama electrón de rebote, que
puede tropezar con otros electrones antes de abandonar el átomo y, por lo
mismo, producir una ionización adicional de dicho átomo o de otros. Como
resultado de tal acción tiene lugar la formación de un par iónico. El fotón
retiene la mayor parte de su energía original y puede producir una
ionización sobreañadida. Este fotón modificado es un fotón de Compton.
El grado de penetración de los rayos X en los tejidos depende de las
estructuras molecular y atómica de los mismos, y de la energía de los
electrones (fotones) primarios.
Rayos X y filtros:
Es necesario reducir en el haz primario ciertas longitudes de onda
indeseables mediante la colocación de un filtro de aluminio en la ventana de
blindaje de la ampolla. Los requerimientos actuales aconsejan agregar al
filtro instalado una lámina de aluminio de por lo menos 2 mm de espesor.
En los tratamientos radiológicos se utilizan filtros para regular o
controlar la calidad del haz de rayos X. El uso de filtros en la terapia
exige una exactitud absoluta.
Los materiales utilizados para construir los filtros de terapia son: estaño,
cobre, aluminio y, en ocasiones, plomo. Frecuentemente es empleado el filtro
de Thoraeus.
Mediante la filtración se controlan los cuantos de energía emitidos por los
materiales radiactivos, esencialmente del mismo modo que para las
radiaciones X.
Intensidad de los rayos X:
Se llama intensidad de la radiación a la energía transportada por la misma,
en la unidad de tiempo, a través de una reducida superficie perpendicular a
la dirección de los rayos, dividida por el área de la precitada superficie.
La cantidad de radiación es el producto de la intensidad por el tiempo. La
naturaleza (intensidad) de un haz de rayos X depende tanto del tipo de
corriente como el voltaje entre el cátodo y el ánodo. El número de
electrones catódicos generadores de rayos X al bombardear el ánodo guarda
una relación directa con la intensidad de dichas radiaciones.
Si tal número aumenta, se producirá un correspondiente incremento en la
cantidad de rayos X generados. Por lo tanto, se deduce que la intensidad
tiene que ver con el miliamperaje. Por lo tanto, la cantidad de radiación
(exposición) es el producto del miliamperaje por el tiempo. El término
miliamperiosegundos multiplicado por el tiempo en segundos equivale a
miliamperiosegundos.
Investigación
El estudio de los rayos X ha desempeñado un papel primordial en la física
teórica, sobre todo en el desarrollo de la mecánica cuántica. Como
herramienta de investigación, los rayos X han permitido confirmar
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experimentalmente las teorías cristalográficas. Utilizando métodos de
difracción de rayos X es posible identificar las sustancias cristalinas y
determinar su estructura. Casi todos los conocimientos actuales en este
campo se han obtenido o verificado mediante análisis con rayos X. Los
métodos de difracción de rayos X también pueden aplicarse a sustancias
pulverizadas que, sin ser cristalinas, presentan alguna regularidad en su
estructura molecular. Mediante estos métodos es posible identificar
sustancias químicas y determinar el tamaño de partículas ultramicroscópicas.
Los elementos químicos y sus isótopos pueden identificarse mediante
espectroscopia de rayos X, que determina las longitudes de onda de sus
espectros de líneas característicos. Varios elementos fueron descubiertos
mediante el análisis de espectros de rayos X.
Algunas aplicaciones recientes de los rayos X en la investigación van
adquiriendo cada vez más importancia. La microrradiografía, por ejemplo,
produce imágenes de alta resolución que pueden ampliarse considerablemente.
Dos radiografías pueden combinarse en un proyector para producir una imagen
tridimensional llamada estereorradiograma. La radiografía en color también
se emplea para mejorar el detalle; en este proceso, las diferencias en la
absorción de rayos X por una muestra se representan como colores distintos.
La microsonda de electrones, que utiliza un haz de electrones muy preciso
para generar rayos X sobre una muestra en una superficie de sólo una micra
cuadrada, proporciona también una información muy detallada.
Desde su descubrimiento accidental en 1895, los rayos X han sido una
importante herramienta en el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades.
Los rayos X se producen bombardeando un objetivo de volframio con electrones
de alta velocidad, y son absorbidos en mayor o menor medida por los
distintos tejidos corporales. En un negativo fotográfico, los huesos
aparecen en blanco y los tejidos blandos en gris. Los rayos X de diagnóstico
empleados en medicina y odontología son de baja intensidad. Para el
tratamiento de tumores se emplean rayos X de alta intensidad que destruyen
los tejidos cancerosos, especialmente vulnerables.
TOMOGRAFO
Los equipos de tercera generación fueron utilizados a partir de 1977.
Estos equipos ya no se trasladan, sino que el haz de rayos X cubre todo el
campo de exploración. El tiempo de adquisición disminuye a 6 segundos,
aumenta la cantidad de detectores y pasa a ser un arco de unos 380
aproximadamente. El tubo−detector rota 360 grados.
En este mismo año se trata de mejorar la calidad del equipo, y aparece
entonces una cuarta generación (super rápidos). El sistema de detectores
(400 a 2400) forma un anillo que no tiene movimiento. El tubo gira alrededor
del objeto 360 grados. El tiempo de exploración es de 1 a 3 segundos.
Se esta hablando actualmente de una quinta generación. Equipos con giro
continuo y con corte helicoidal a altas velocidades; tiempos de exploración
reducidos (1 minuto = 70 cortes) y con generadores altamente integrados.
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FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE UN TOMÓGRAFO
Básicamente, el tomógrafo está compuesto por un tupo generador de rayos X y
un detector de radiaciones que mide la intensidad del estrecho haz emitido
por el tubo de rayos X, luego que atraviese el objeto en estudio.
Conocida la intensidad emitida y la recibida, se puede calcular la
atenuación o porción de energía absorbida, que será proporcional a la
intensidad atravesada.
Dividiendo el plano a estudiar en una serie de celdas de igual altura que el
haz y el resto de las dimensiones elegidas de forma adecuada para completar
el plano, la atenuación del haz será la suma de la atenuación de cada celda.
Si se consigue calcular la atenuación de cada celda se podrá conocer su
densidad y, por lo tanto, reconstruir un mapa del plano de estudio, asignado
a cada densidad un gris de una escala de negro a blanco.
Tomografía axial computarizada:
La tomografía axial computarizada (TAC) fue descrita y puesta en práctica
por el Dr. Godfrey Hounsfield en 1.972, quien advirtió que los rayos X que
pasaban a través del cuerpo humano contenían información de todos los
constituyentes del cuerpo en el camino del haz de rayos, que, a pesar de
estar presente, no se recogía en el estudio convencional con placas
radiográficas.
La TAC es la reconstrucción por medio de un ordenador de un plano
tomográfico de un objeto. La tomografía se obtiene mediante el movimiento
combinado del tubo de rayos X hacia un lado mientras la placa radiográfica
se mueve hacia el contrario, por lo que una superficie plana de la anatomía
humana es perfectamente visible, y las áreas por encima y por debajo quedan
borradas.
La imagen se consigue por medio de medidas de absorción de rayos X hechas
alrededor del objeto.
En el TAC, el ordenador se utiliza para sintetizar imágenes. La unidad
básica para esta síntesis es el volumen del elemento. Cada corte del TAC
está compuesto por un número determinado de elementos volumétricos, cada uno
de los cuales tiene una absorción característica, que se representan en la
imagen de TV o monitor como una imagen bidimensional de cada uno de estos
elementos (píxeles)
Aunque el pixel que aparece en la imagen de monitor es bidimensional, en
realidad representa el volumen, y por eso habría que considerarlo
tridimensional, pues cada unidad, además de su superficie, tiene su
profundidad, a semejanza del grosor de un corte tomográfico. A esta unidad
de volumen es a lo que se llama "voxel".
Los elementos básicos de un equipo de TAC consisten en una camilla para el
paciente, un dispositivo ("gantry") donde se instalan el tubo de rayos X y
los detectores (elementos electrónicos que van a conseguir la toma de
datos), un generador de rayos X y un ordenador que sintetiza las imágenes y
está conectado con las diferentes consolas, tanto de manejo como de
diagnóstico.
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Técnica de los scanner
Todos los scanner presentan un sistema para la recogida de datos, el sistema
de procesadores de los mismos, reconstrucción de la imagen, y un sistema de
visualización y de archivo.
Sistema de recogida de datos
Como en la radiología convencional, se usa un generador de alta tensión,
para obtener la energía, y un tubo de rayos X que produce la radiación
necesaria. La energía que emerge tras atravesar el cuerpo se llama
"radiación atenuada".
Toma de los datos por el equipo
El sistema de adquisición de datos (DAS) recibe la señal eléctrica que le
envían los detectores, la convierte en formato digital, y la transmite al
ordenador. Para la reconstrucción de la imagen es necesario que el ordenador
reciba múltiples señales después de explorar al paciente en diferentes
ángulos.
Proceso de los datos
La reconstrucción de la imagen es un proceso matemático que hace el
ordenador rápidamente, en segundos, basado en unos cálculos que siguen la
llamada "transformación de Fourier".
Reconstrucción del objeto
Para cada unidad volumétrica el ordenador recibe una gran cantidad de
mediciones, cuya suma permite al ordenador determinar los coeficientes de
atenuación individuales para cada unidad, asignándole un valor numérico
llamado "número CT".
Aspectos clínicos de la TAC
La mayor parte de estudios se hacen con y sin contraste, por el realce de
las estructuras que produce el líquido administrado. El realce varía según
el tejido y la vascularidad, la dosis administrada, la excreción renal, y el
tiempo de barrido, más algunas condiciones locales del órgano estudiado.
EQUIPOS DE TOMOGRAFÍA
Todos los equipos de tomografía axial computada están compuestos
básicamente por tres grandes módulos o bloques. Éstos son: el gantry o
garganta, la computadora y la consola.
Gantry
El gantry es el lugar físico donde es introducido el paciente para su
examen. En él se encuentran el tubo de rayos X, el sistema de detección de
rayos X y todo el conjunto mecánico necesario para realizar el movimiento
asociado con la exploración. El tubo de rayos X es básicamente un tubo de
vacío rodeado de una
cubierta de plomo con una pequeña ventana que deja salir las radiaciones al
exterior. El espacio entre la funda aislante y el tubo está relleno de
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aceite, que actúa como disipador. El tubo de vacío (diodo) tiene un
filamento en uno de los extremos (cátodo ~ negativo ~) y un blanco metálico
que puede ser fijo o móvil en el otro extremo (ánodo ~ positivo ~)
Por el filamento del cátodo se hace circular una corriente que pone al mismo
incandescente, liberando de esta forma gran cantidad de electrones que serán
impulsados a gran velocidad hacia el ánodo, mediante la aplicación de una
tensión muy alta entre el ánodo y el cátodo de alrededor de 120 KV.
Los electrones acelerados, que poseen una gran energía cinética, chocan
contra el blanco metálico del ánodo, cediéndole toda la energía. Esta
energía es transformada en un 99% en calor y un 1% en radiación X que se
transmite al exterior del tubo.
El cátodo está formado por un filamento de tungsteno, arrollado en forma de
espiral, similar al de una bombilla eléctrica común. Este filamento se
coloca en un alojamiento en forma de copa, llamado copa enfocadora, que
tiene la misión de lograr un haz de electrones de forma y tamaño adecuados y
cuya dirección sea la correcta para impactar en el blanco metálico del
ánodo.
El ánodo está construido generalmente de cobre y posee en su cara exterior
un recubrimiento de una aleación de tungsteno, renio y molibdeno (punto de
fusión por encima de los 3300 º C) en donde impactan los electrones.
Para que los rayos X emerjan por el sitio deseado, el ánodo tiene una
disposición oblicua al haz incidente. Como se utiliza una alta densidad de
radiación de electrones sobre el ánodo, con lo que su calentamiento sería
excesivo, para prolongar su duración se utilizan ánodos circulares
giratorios, con velocidades de giro entre 2500 y 3000 RPM.
Computadora
La computadora es un módulo que está compuesto en general por tres unidades,
cuyas funciones están claramente diferenciadas. Éstas son:
Unidad de control del sistema (CPU)
Unidad de reconstrucción rápida (FRU)
Unidad de almacenamiento de datos e imágenes.
El control del sistema o CPU tiene a su cargo el funcionamiento total del
equipo. Su configuración es similar a la de cualquier sistema micro
procesado con su software y hardware asociados.
La unidad de reconstrucción rápida o FRU es la encargada de realizar los
procedimientos necesarios para la reconstrucción de la imagen a partir de
los datos recolectados por el sistema de detección.
El sistema de almacenamiento de datos e imágenes está generalmente compuesto
por uno o más discos magnéticos donde se realiza el almacenamiento no sólo
de las imágenes reconstruidas y de los datos primarios, sino también del
software de aplicación del tomógrafo.
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Consola
La consola es el módulo donde se encuentra el teclado para controlar la
operación del equipo, el monitor de TV (donde el operador observa las
imágenes) y, en algunos casos, la unidad de Display encargada de la
conversión de la imagen digital almacenada en el disco magnético de las
computadoras en una señal de vídeo capaz de ser visualizada en el monitor de
TV. En los modelos más modernos de tomógrafos computados, la unidad de
Display está incorporada en la computadora, en lugar de formar parte de la
consola.
Propiedades físico−químicas de los medios de contraste
La tomografía computada es un procedimiento que puede ser realizado con o
sin el empleo de sustancias de contraste. Hay dos técnicas por vía
endovenosa con las cuales se realizan los exámenes de tomografía computada
con medio de contraste. La primera es por infusión o goteo rápido, donde el
medio de contraste utilizado es de baja concentración, por lo tanto se
necesita alto volumen (200 a 300 ml). La otra es le técnica por bolo, donde
el medio de contraste es de mediana o alta concentración y el volumen
empleado es menor (50 ml). Los medios de contraste utilizados en tomografía
computada, son yodados hidrosolubles; suelen ser de naturaleza química
IONICA o NO IONICA.
Los medios de contraste hidrosolubles yodados derivan de ácidos aromáticos
triyodados, en los cuales un anillo bencénico es sustituido en tres
posiciones con átomos de yodo; estos son responsables en la absorción de
rayos X, y por ende del contraste radiológico. El medio de contraste es
transformado en sal sódica o megluminica, la cual se disocia en dos
partículas eléctricamente cargadas, un ANION y un CATION. Se habla entonces
de un medio de contraste IONICO. Cuando el grupo ácido de la molécula se
une con un grupo amino, se forma un compuesto hidrosoluble, el cual no se
disocia en el medio acuoso. El medio de contraste entra en solución como una
partícula eléctricamente neutral y se conoce como un compuesto NO IONICO.
La presión osmótica de una solución depende, entre otros factores, del
número de partículas disueltas. La presión osmótica de un medio de contraste
tiene significado decisivo cuando hablamos de tolerancia; mientras menor
sea la osmolaridad de la sustancia empleada, es decir mientras más se
acerque a la osmolaridad de la sangre, mejor tolerado será el compuesto.
Los compuestos no iónicos, tienen una menor presión osmótica y por lo tanto
una excelente tolerancia, en comparación con los compuestos iónicos.
Los iónicos presentan en general una lata presión osmótica en comparación
con el plasma humano, causando dolor y calor en el trayecto vascular de la
inyección, además de algunos defectos secundarios generales, como
disminución de la tensión arterial, bradicardia, taquipnea, etc.
Los medios de contraste no iónicos, tienen una presión osmótica más cercana
a la del plasma, y por ello presentan menores molestias al ser
administrados, además de ser mejor tolerados debido a su baja
neurotoxicidad.
La tomografía axial computerizada (TAC) proporciona una imagen de una
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sección transversal de una parte del cuerpo mediante el paso de un haz de
rayos X estrecho a través del organismo. La TAC es una herramienta de
diagnóstico muy precisa e indolora que permite explorar el interior del
organismo sin el empleo de procedimientos invasivos.
Conclusión
(CT O CAT SCAN)
Definición
Razón para el procedimiento
Preparación
Procedimiento
Efectos colaterales
DEFINICIÓN
CT es la abreviatura para tomografía computarizada. Esta exploración también
se denomina tomografía axial computarizada o CAT scan . Este es un sistema
de computación avanzado de radiografía (rayos X) y de exploración que
produce imágenes detalladas de secciones transversales horizontales del
cuerpo.
RAZÓN PARA EL PROCEDIMIENTO
Un CT scan muestra más detalles que un rayo X regular y, a diferencia de un
rayo X, puede producir imágenes de las áreas protegidas o rodeadas por
hueso. Puede mostrar conductos, vasos sanguíneos, tumores o cualquier órgano
del cuerpo. Una tomografía computarizada es 100 veces más clara que una
radiografía ordinaria. Como resultado, un CT puede diagnosticar algunas
enfermedades en una etapa más temprana que los rayos X.
PREPARACIÓN
El hospital no tiene un escáner de CT, así que usted va a una instalación
local con un funcionario de aquí para recibir este examen. A usted se le
puede requerir que se cambie en una túnica de hospital y que se quite toda
cosa que interfiera con los rayos X, como lentes, joyas, dentaduras y
audífonos. Luego se le pedirá que se
recueste en una mesa estrecha y el técnico colocará el área de su cuerpo que
será estudiada dentro de un anillo grande, configurado como una dona (donut)
Con frecuencia, el radiólogo (un médico quién se especializa en la lectura
de radiografías y exploraciones) emplea un material de contraste (un líquido
que se le da a usted para ver el órgano examinándose más fácilmente) A
veces, el material de contraste se inyecta en un IV (línea intravenosa) y a
veces se ingiere, según el
tipo de examen. Si se emplea el material de contraste, el médico le
explicará el procedimiento. El médico también preguntará si usted tiene asma
o alguna alergia a los mariscos, a las fresas o al yodo. Si usted tiene
alergias, ellos evitarán ciertos medicamentos u lo(a) observaran
cuidadosamente mientras el material de contraste se administra para asegurar
que usted no tenga una respuesta alérgica al material.
PROCEDIMIENTO
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Al empezar el examen, sonidos de tarareo o zumbido o chasquido se oirán del
escáner de CT. La mesa en la cual usted esté acostado(a) se moverá cada
pocos segundos, colocándolo(a) automáticamente para una nueva exploración.
Es importante permanecer inmóvil. Se le puede administrar medicación
sedativa para ayudarle a relajar si esto es difícil para usted. Durante la
exploración usted estará solo(a) en la habitación de CT. Los médicos, las
enfermeras y los técnicos lo(a)
observarán desde una habitación de control y se comunicarán con usted sobre
un sistema de comunicación interno. El procedimiento puede tomar de 30
minutos a una hora según las áreas del cuerpo que necesitan ser explorados.
Después del procedimiento, el técnico le pedirá que se espere un tiempo
corto. El radiólogo entonces revisa todas las imágenes para asegurarse de
que la información necesaria se haya obtenido. A veces repetidas
exploraciones se necesitan. Después de esto, usted regresa al hospital. A su
terapeuta se le envían los resultados de la exploración.
EFECTOS COLATERALES
El anillo grande del CT scan configurado como una dona (donut) contiene un
tubo y receptor de rayos X. El tubo emite los rayos X, pero la cantidad de
exposición a la radiación es menos que durante una radiografía convencional.
El receptor mide las radiografías que pasan a través de su cuerpo durante la
exploración. La exposición a la radiación es mínima e improbable de causar
efectos colaterales.
Si se emplea el material de contraste, el radiólogo estará a la mira de
reacciones alérgicas como la congestión nasal, comezón y erupciones en la
piel. Si el material de contraste se da intravenosamente (a través de una
línea IV), puede causar que usted orine con mayor frecuencia durante la
tarde de ese mismo día.
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