CONTROL DE LA RADIACIÓN DISPERSA 

Efecto de la radiación dispersa en el contraste de la imagen

Una de las características más importantes de la calidad de la imagen es el contraste, que mide las diferencias entre las áreas claras y oscuras de una radiografía. El contraste es el grado de diferencia en la DO entre dos regiones de la imagen. La resolución de contraste es la capacidad para poder reproducir y distinguir tejidos blandos. 

RESTRICTORES DEL HAZ

Básicamente hay tres tipos de aparatos restrictores del haz: los diafragmas de apertura, los conos o cilindros y el colimador de abertura variable.

Diafragma de apertura

Una abertura es el aparato restrictor del haz más sencillo de los que existen. Básicamente, es un diafragma metálico de plomo o recubierto de plomo adjuntado a la cabecera del tubo de rayos X. La abertura del diafragma se diseña normalmente para que cubra menos que el tamaño del receptor de imagen usado. 

Conos y cilindros

Los conos y cilindros de extensión se consideran modificaciones de los diafragmas de abertura. En ambos, una estructura metálica restringe el haz útil al tamaño requerido.

La posición y el tamaño de la parte final actúan como un diafragma de abertura y determinan el tamaño del campo.

A diferencia del haz producido por un diafragma de apertura, el haz útil producido por los conos y cilindros de extensión normalmente es circular. Los dos se llaman conos de forma habitual, incluso aunque el más usado actualmente sea el cilindro.

Colimador de abertura variable

El colimador de abertura variable es el componente más común en radiología de diagnóstico para restringir el paso del haz de rayos X. No todos los rayos X se emiten de forma precisa desde el punto focal del tubo de rayos X. Algunos rayos X se producen con electrones que se desvían e interactúan en puntos del ánodo diferentes del punto focal. Es la radiación de fuera del foco, que incrementa el emborronamiento de la imagen.

Factores que modifican la forma del espectro de rayos X

El conocimiento de los espectros de emisión de los equipos de rayos X es un dato clave para comprender cómo afectan los cambios de la tensión de kilovoltaje, la intensidad de corriente, el tiempo y la filtración en las características de la imagen radiológica. 

Es preciso resaltar que, en radiología convencional con película radiográfica, la forma del espectro de rayos X está fuertemente relacionada con las características de la imagen, especialmente por el hecho de que la interacción de los fotones con la materia es muy sensible a la energía de éstos y una variación en su energía afecta de manera apreciable al contraste.

En radiología digital debido a su amplia latitud, la formación de la imagen tiene lugar a casi cualquier grado de exposición y la imagen puede ser luego procesada en el ordenador variando su brillo y contraste. El límite para no poder disminuir más la dosis está determinado por el máximo nivel de ruido admisible en la imagen.

Filtración 

La filtración reduce más la parte del espectro de baja energía que la de alta, por ello es preciso un mínimo de filtración que atenúe los fotones que no van a influir en la imagen radiográfica por ser totalmente absorbidos por el paciente. 

Su eliminación disminuye la irradiación del paciente sin afectar a la calidad de imagen. El espectro de emisión de rayos X se reduce más a la izquierda que a la derecha, y el resultado es un aumento de la energía efectiva del haz de rayos X (mayor capacidad de penetración), con una reducción asociada de la intensidad del haz.

Potencial de aceleración

El potencial de aceleración (kV) del tubo contribuye al espectro de radiación variando el extremo de alta energía del espectro hasta el valor en keV equivalente al potencial (en kV) del tubo y aumentando la intensidad total del haz. Al aumentar el kV del tubo, el extremo de alta tensión se desplaza hacia la derecha hasta un valor equivalente al potencial (kV) aplicado. También aumenta la intensidad del haz (altura de la curva) y su valor medio se desplaza a la derecha (mayor energía). Los picos de radiación característica aumentan pero no se desplazan ya que dependen del material constituyente del ánodo.

Rectificación de alta tensión

Todos los tubos de rayos X se alimentan a partir de la red convencional de energía eléctrica (110 0 220 voltios de corriente alterna) y a través de un transformador incrementan esta tensión hasta el valor deseado, pero conservando obviamente la misma variación en función del tiempo. Dado que el tubo de rayos X precisa para acelerar los electrones un potencial continuo, se procede a una "rectificación" de la corriente (eliminación de la parte negativa del potencial). Existen distintas posibilidades de rectificación y, por tanto, distintos espectros de fotones ya que la energía de los electrones que llegan al ánodo variará según el potencial instantáneo aplicado.

Número atómico efectivo

Los materiales con los que interaccionan los fotones están formados por varios elementos químicos y se utiliza el "número atómico efectivo" para tratar el material a efectos comparativos con otros materiales puros. La cantidad de radiación de frenado es proporcional al Z del ánodo. También depende de la posición de los picos de radiación característica. En radiodiagnóstico se utilizan ánodos de W o Mb. Cuanto más alto sea el número atómico del material que constituye el ánodo, mayor será la producción de radiación de frenado, pues aumenta con más facilidad el número de fotones de alta energía que el de baja energía, desviándose el espectro discreto hacia la derecha. Este fenómeno aparece como resultado de la mayor energía de unión de los electrones con número atómico alto.

Filtración y capa hemirreductora 

La filtración produce, por una parte, un endurecimiento del haz, es decir un aumento de la energía media del mismo al eliminar o disminuir los fotones de baja energía. Este endurecimiento da lugar a disminuciones apreciables en la dosis en piel del paciente, ya que esos fotones no intervienen en la formación de la imagen, pero incrementan la dosis en piel. Sin embargo al filtrar el haz se produce también un efecto no deseado: la atenuación (aunque en menor proporción) de los fotones de altas energías del espectro. Ello quiere decir que si se filtra en exceso el haz de radiación, será necesario incrementar el número de fotones que salen del tubo, y dicho incremento será a costa de un mayor calentamiento del mismo, que en determinadas circunstancias puede no ser aceptable para su potencia y vida media.

La capa hemirreductora de un haz de rayos X (CHR) es el espesor de un determinado material absorbente que habría que interponer en el haz para reducir la exposición a la mitad. Como el aluminio es el material empleado habitualmente como filtro para el rango de energías utilizado en radiodiagnóstico, es normal dar el valor de la CHR de un haz de rayos X en milímetros de aluminio.

En muchos casos en vez de utilizar el valor de la tensión o kilovoltaje y la CHR para especificar la calidad del haz, se emplea en lugar de esta última, el valor de filtración total del tubo de rayos X. Para cada material de ánodo y para cada kilovoltaje existen tablas que dan la equivalencia entre la CHR y la filtración total, por lo que no existe ningún problema en utilizar uno u otro parámetro.

RADIACIÓN DISPERSA 

Se denomina radiación directa al haz que sale por la ventana del tubo de rayos X. En su utilización habitual al interaccionar con el paciente, una parte del haz directo es absorbido, otra lo atraviesa (haz primario transmitido) y otra es dispersada en direcciones múltiples. Una fracción apreciable de los fotones dispersados atraviesa el espesor total del paciente (haz disperso transmitido). La radiación total que llega al detector de imagen es la suma del haz primario transmitido y el haz disperso transmitido. 

Se denomina radiación de fuga a la radiación que sale a través de la coraza de plomo en la que está encapsulado el tubo, y que no forma parte del haz útil. Esta radiación, como es lógico, debe ser mínima (inferior a 1 mGy a un metro de distancia del tubo y en una hora de utilización continua del equipo al máximo kilovoltaje y amperaje al que éste pueda operar). 

En condiciones normales, la radiación dispersa, justamente por el carácter que tiene de multidireccionalidad, es la causa principal de irradiación de los profesionales, trabajadores y público en general. Además es una de las causas más importantes de la pérdida de contraste en la imagen. Este tipo de radiación llega al sistema de imagen de manera no correlacionada con las estructuras atravesadas y tiende a emborronar la imagen, esto es, a reducir el contraste. La radiación dispersa aumenta claramente cuanto mayor es el volumen irradiado.

GENERADORES DE RAYOS X

El generador es el sistema que proporciona la adecuada energía al tubo de rayos x.

La red eléctrica proporciona una corriente monofásica de 220 V y 50 Hz. La corriente alterna fluye en pulsos y tiene una variación continua de voltaje. Invierte su polaridad, de positivo a negativo, a intervalos regulares, con una frecuencia de 50 ciclos cada según. 

Es monofásica porque en un momento dado tiene un valor determinado.

El tubo de rayos x requiere energía eléctrica para dos propósitos:

• desprender, por incandescencia, electrones del filamento catódico.
• acelerar los electrones del cátodo al ánodo.

El generador posee un circuito para cada una de estas funciones, el circuito del filamento y el circuito de alto voltaje. Además, tiene un tercer circuito que regula el tiempo de exposición. Los tres circuitos están interrelacionados y se puede acceder a ellos mediante la mesa de control.

El generador está protegido en el interior de una gran caja metálica sellada y repleta con aceite. 

Contiene:

• el auto transformador.
• el transformador de bajo voltaje para el circuito del filamento.
• el transformador de alto voltaje para el circuito cátodo-ánodo.
• los rectificadores para el circuito de alto voltaje.

De forma general el transformador reduce o aumenta el voltaje de la corriente alterna y el rectificador cambia la corriente alterna en corriente continua.

Transformadores

El generador de rayos X contiene dos tipos de transformadores:

• El transformador de alto voltaje que transforma la corriente de red en corriente de alto voltaje (de 220 V a 150.000 V).
• El transformador de bajo voltaje que transforma la corriente de red en corriente de bajo voltaje (de 220 V a 10 V).

Un transformador es un núcleo de hierro que lleva dos bobinados.

• El primario, por donde entra la corriente
• Secundario, por donde sale la corriente.

Se denomina relación de transformación a la relación que guardan los números de espira del primario y del secundario. El voltaje de los dos circuitos es proporcional al número de espiras del bobinado primario y secundario.

AUTOTRANSFORMADOR

El kVp que se aplica al tubo de rayos X debe tener un amplio rango de valores, por ejemplo entre 40 y 150 kVp. El método más conveniente para conseguir este amplio rango en el secundario del transformador de alta tensión es variar el voltaje aplicado al primario. Este voltaje primario variable lo suministra el autotransformador.

A diferencia de los transformadores de alta y baja, el autotransformador tiene un único bobinado, y se rige por el principio de la autoinducción.

El auto transformador proporcionas:

• Un voltaje de unos 100 V al primario del circuito del filamento.
• Voltajes variables al primario del transformador de alta.
• El adecuado voltaje a otros circuitos.
• La conveniente colocación del voltímetro que indica el kilovoltio aplicado al tubo de rayos x durante una exposición

EL CIRCUITO DEL FILAMENTO

Este circuito regula el flujo de corriente a través del filamento del tubo de rayos X. Constante de una resistencia variable y de un transformador de baja.

El voltaje para el primario del transformador de baja se obtiene del autotransformador.

La intensidad de corriente que fluye por este circuito puede variarse por medio de una resistencia (ley de Ohm: intensidad = voltaje/resistencia - cuanto menor resistencia mayor intensidad-). Como la intensidad de la corriente que calienta el filamento determina el valor del mA, en el circuito de alta tensión, puede considerarse que la resistencia variable es el selector del mA.

SISTEMA DE RECTIFICACION 

La rectificación es el proceso de convertir la corriente alterna en corriente casi continua.

El transformador de alto voltaje proporciona corriente alterna de alto voltaje. La manera más simple de utilizar este alto voltaje es conectar directamente el tubo de rayos X al secundario del transformador de alta. En la mitad del ciclo, cuando el cátodo es negativo respecto al ánodo, se generan los rayos X. En la otra mitad del ciclo, con cátodo positivo y ánodo negativo, no se generan rayos x. Sólo la mitad superior de cada ciclo eléctrico se aprovecha para la producción de los rayos.

El propio tubo actúa como un rectificador (circuito autorectificado) esta situación tiene dos desventajas:

• Sólo se utiliza un pulso de cada ciclo, de forma que el tiempo de exposición tendrá que ser el doble que si se utilizara el ciclo completo.
• El ánodo podría convertirse en emisor de electrones, por sobrecalentamiento tras repetidas y prolongadas exposiciones, y producir una corriente de electrones durante el pulso inverso del ciclo, corriente que bombardearía el filamento con el peligro de destruirlo.

Los rectificadores se incorporan al circuito de alto voltaje para proteger el tubo y para aprovechar eficientemente la corriente de alto voltaje.

TUBO DE RAYOS X 

El tubo de rayos X es donde se generan los rayos X, gracias a un procedimiento mediante el cual se aceleran electrones en primer lugar, para después frenarlos bruscamente. De esta forma se obtienen los fotones que constituyen la radiación ionizante utilizada en radiodiagnóstico. Es por ello que dicho tubo consta de un filamento metálico (cátodo) que, al ponerse incandescente, produce una nube de electrones a su alrededor. 

Estos electrones son acelerados mediante una elevada diferencia de potencial (kV), y se les lleva a chocar contra el ánodo, en donde son frenados liberando su energía cinética como fotones que constituyen los rayos X utilizados en clínica. 

Cátodo de un tubo de rayos X

El filamento o cátodo suele ser una pequeña bobina de wolframio, material elegido por sus buenas propiedades desde el punto de vista de emisión termoiónica, y punto de fusión elevado. Estas propiedades alargan la vida útil del tubo. 

Los electrones producidos es preciso que choquen con el ánodo en el menor espacio posible, razón por la cual se concentra el haz de electrones en una copa metálica, en cuyo fondo se ubica el filamento. 

Cuanto mayor incandescencia se produzca en el cátodo, mayor será el número de electrones que saltarán de las últimas capas electrónicas del átomo de wolframio al espacio circundante (emisión termoiónica), y mayor será el número de electrones dispuestos a ser acelerados. Este mecanismo se regula con el miliamperaje. 

Ánodo de un tubo de rayos x

El material habitual con el que se fabrica el ánodo de un tubo de rayos X suele ser Wolframio. En el caso de los tubos de mamografía el material empleado es el Molibdeno, y recientemente se han comenzado a confeccionar también de Rodio-Paladio. 

El Wolframio presenta un punto de fusión elevado, ventaja adicional frente a otros materiales con alto número atómico (Z), que también hubieran podido ser adecuados para la producción de rayos X. 

El tubo de rayos X de filamento caliente debe de alcanzar una temperatura adecuada para su funcionamiento, pero en ellos se produce tanto calor que éste constituye el principal problema contra el que es preciso actuar con el fin de aumentar la vida útil del aparato. Para solucionar este problema se podría aumentar el tamaño del foco, con lo que el calor generado se distribuiría sobre una superficie mayor y el aumento de temperatura no sería tan elevado. Sin embargo, esta solución repercutiría sobre la calidad de la imagen dando lugar a penumbras indeseables (falta de nitidez geométrica). Otra solución podría ser aumentar el tiempo de exposición, pero también aumenta el riesgo de movimiento del paciente (que ocasiona falta de nitidez por movimientos). 

En el ánodo giratorio, la ampolla de vidrio está contenida en un recipiente metálico, que actúa como coraza aislante de la radiación y de la corriente eléctrica, y se encuentra rellena de aceite mineral para su refrigeración. La estructura del ánodo consiste en un disco de wolframio de unos 10 - 15 cm de diámetro que puede girar a gran velocidad, de 10.000 a 12.000 rpm. 

La zona externa del disco giratorio actúa como ánodo, y está recortada en ángulo, presentado una cierta inclinación con respecto a la perpendicular de la trayectoria de los electrones (12º-17º C). Con el movimiento rotatorio del disco, la superficie de choque es constante, pero la parte del disco en donde chocan los electrones cambia continuamente. Así, la producción de radiación es continua, pero el choque de los electrones y la producción de calor ocurre siempre en un punto distinto del disco. De esta forma se permite disipar mayor cantidad de calor sin aumentar el tamaño aparente del foco. 

En general:

• El foco térmico viene determinado por la forma y tamaño del filamento en el cátodo, así como por la focalización del haz de electrones. Además dependerá de la inclinación del ánodo y de la velocidad de su rotación.
• El foco efectivo también dependerá de esos factores (excepto de la velocidad de rotación). Hay que precisar que sólo será cuadrado para un observador situado en el centro del campo, por lo que la nitidez de la película será variable en el campo. 

GENERALIDADES DEL EQUIPO DE RAYOS X 

En 1895 el Alemán Roentgen descubre los rayos x y obtiene la primera imagen radiográfica de una mano. Desde ese entonces, esta técnica ha sido muy importante para para efectuar diagnósticos acertados en el campo medico, es por esa razón que se busca la continua mejora en su tecnología. 

Todos los equipos de rayos x poseen un tubo que va a generar radiación ionizante (rayo x), el cual va a atravesar anatómicas generándose así una imagen radiográfica de gran utilidad para orientar en el diagnóstico.

Un equipo de rayos x esta compuesto por distintas partes:

• Cabezal: Parte fundamental de equipo de rayos ya que es donde se van a generar las ondas de radiación.  
• Tubo de rayos x
• Circuito de alta tensión
• Circuito de baja tensión
• Brazo articulado: Es muy importante  ya que nos va permitir una mayor estabilidad y diseccionar la radiación generada en el cabezal. 
• Soporte: Une o fija el equipo de rayos, en el caso de que se trate de un equipo fijo, a una pared. 
• Comandos selectores (panel de control): Permiten prender / apagar el equipo y modificar algunas variables de exposición.  
• Reguladores de voltaje: Permite mantener dentro de lo posible constante la actividad de la corriente eléctrica que llega al equipo.