Download 1.- Rayos X Naturaleza Producción - Facultad de Medicina

RAYOS X: NATURALEZA,
PROPIEDADES,
INTERACCIÓN CON LA
MATERIA
Prof. Dr. Guillermo J. Pepe
Cátedra de Diagnóstico por Imágenes
Facultad de MedicinaMedicina- UNNE
UNNE--
RADIOLOGÍA CONVENCIONAL
•
Utiliza radiación X para el diagnóstico médico
A.
RADIOGRAFÍA
Documenta el paso de la radiación ionizante a
través de un cuerpo
B. RADIOSCOPÍA
Permite la visualización de estructuras
anatómicas en tiempo real
RAYOS X
RADIACIÓN
Emisión y propagación de energía a través del aire o la materia.
TIPOS
A. CORPUSCULAR
Partículas de materia con masa que viajan en línea recta a gran
velocidad desde sus orígenes (partíc alfa protones, neutrones)
B. ELECTROMAGNÉTICA
Propagación de energía a través del espacio en forma de un campo
electromagnético oscilante ( rayos X, gamma, luz, ondas de radio, etc.)
RAYOS X
Los rayos X son una forma de energía
electromagnética que se propaga en forma de
ondas energéticas (sin masa) a la velocidad de la luz
de acuerdo a la siguiente ecuación:
C= λ.ν
C: velocidad de la luz
Donde λ (lambda)
(lambda) corresponde a la longitud de onda
ν (nu) es la frecuencia, ( Nº de oscilaciones por
unidad de tiempo).
RAYOS X
Espectro Electromagnético
Todas las formas de radiación electromagnética se
agrupan de acuerdo a sus longitudes de onda.
Ninguna tiene masa y todas se desplazan con la
misma velocidad.
Cuando su longitud de onda cambia cambian sus
propiedades
Como todas las ondas electromagnéticas tienen la
misma velocidad , su frecuencia (ν)
(ν) es inversamente
proporcional a su longitud de onda.
RAYOS X
λ
+
−
ESQUEMA DE ONDA ELECTROMAGNÉTICA
RAYOS X
NATURALEZA CUÁNTICA DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Para muchos propósitos se considera a la radiación electromagnética
como ondas. Tambien podemos considerarla como pequeñas
“partículas” viajando con la velocidad (C) de la luz y cada una
portando una cierta cantidad de energía.
Esta “partícula” o haz de energía se llama quantum o fotón.
La cantidad de energía transportada por el fotón depende de la
frecuencia de la radiación. Si se duplica la frecuencia la energía del
fotón se duplica (directamente proporcional)
RAYOS X
NATURALEZA DUAL DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
• LONGITUD DE ONDA CORTA SIGNIFICA ALTA
FRECUENCIA QUE SIGNIFICA FOTONES DE GRAN
ENERGÍA.
• LONGITUD DE ONDA LARGA SIGNIFICA BAJA
FRECUENCIA LO QUE EQUIVALE A FOTONES DE
PEQUEÑA ENERGÍA
EL ÁTOMO
CAPA K
NÚCLEO
CAPA L
ELECTRONES
(protones +
Neutrones)
CAPA M
CAPA N
MODELO ATÓMICO DE BOHR ( COMO EL SISTEMA SOLAR)
RAYOS X
ENERGÍA DE LIGADURA DEL ELECTRÓN A SU ÓRBITA
• Es la energía requerida para desplazar al electrón de su
órbita o capa.
• Es mayor en las capas más internas del átomo y en los
átomos con alto Nº atómico (Nº de protones en el
núcleo).
• La energía de ligadura es negativa. Para desplazar un
electrón del átomo es necesaria una energía igual a 0 o
de valores positivos.
• La energía cinética siempre tiene valores positivos.
IONIZACIÓN
Formación de iones positivos y negativos por
desplazamiento de un electrón de un átomo
eléctricamente neutro.
La ionización comienza con un átomo NEUTRO
(la carga eléctrica es 0 porque hay igual cantidad
de cargas (+) y ((-)- Nº de protones en el núcleo
(+) que de electrones ((-) ).
Cuando un átomo gana o pierde electrones se
IONIZA.
ÁTOMO
Nº ATÓMICO (Z)
Número de protones en el núcleo o de electrones orbitales.
Nº DE MASA (A)
Suma de protones y neutrones en el núcleo.
Las propiedades químicas de un átomo están determinadas
por el Nº atómico (Z)
QUÉ SON LOS RAYOS X?
Son paquetes de alta energía, sin carga
eléctrica que se desplazan en ondas
con una frecuencia específica, a la
velocidad de la luz .
RAYOS X: PROPIEDADES
1.
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9.
Ondas altamente penetrantes, invisibles;
Eléctricamente neutros.
Amplio rango de longitudes de onda (10 -11m. a 10 -8 m. en
medicina)
Cada haz de rayos X es heterogéneo ( contiene rayos de
distinta longitud de onda) .
Se propagan en línea recta
Poder de ionización de gases por su capacidad de desplazar
electrones de sus átomos.
Causan fluorescencia en ciertos cristales.
Producen efecto fotográfico en un film (imagen latente que
se revela químicamente).
Provocan cambios químicos y biológicos que dependen de
su poder de ionización.
RAYOS X: PRODUCCIÓN
Cuando electrones animados de una gran
velocidad son desacelerados o parados
bruscamente , parte de su energía cinética se
convierte en rayos X.
CONDICIONES NECESARIAS PARA
SU PRODUCCIÓN
1. PRODUCCIÓN DE ELECTRONES:
La corriente de filamento (bajo voltaje) calienta el filamento de
Tungsteno ( 2.200º C) hasta la incandescencia y libera electrones por
emisión termoiónica.
NUBE ELECTRÓNICA
CIRCUITO DE BAJO VOLTAJE
FILAMENTO DE TUNGSTENO
CONDICIONES NECESARIAS PARA
SU PRODUCCIÓN
2. ELECTRONES DE ALTA VELOCIDAD
Se desarrolla una alta diferencia de
potencial entre cátodo (filamento) y ánodo
(blanco) CÁTODO
aplicando alto voltaje entre
ellos.
ANODO
Los electrones de la nube son acelerados
hacia el ánodo a una altísima velocidad (1/2
de la luz). La corriente Nube electrónica
Nube electrónica
Filamento
de electrones siempre es de cátodo al ánodo.
CONDICIONES NECESARIAS PARA
SU PRODUCCIÓN
3. CONCENTRACIÓN DE ELECTRONES
El haz electrónico es focalizado hacia un punto
pequeño sobre la superficie del ánodo
mediante un focalizador de molibdeno en el
cátodo que está diseñado para dirigirlos
hacia el foco anódico.
Focalizador
electrónico
Foco anódico
CONDICIONES NECESARIAS PARA
SU PRODUCCIÓN
4- FRENAMIENTO BRUSCO DE LOS ELECTRONES
Al llegar al ánodo la corriente electrónica es frenada
bruscamente por choque y la energía cinética es
transformada, 98.8% en calor y sólo el 0.2% en rayos X.
Este choque provoca una excitación más que una
ionización. En este estado los electrones, como
proyectiles, transfieren parte de su energía a la capa más
externa de los átomos del ánodo, pero no la suficiente
como para ionizarlo y lo dejan con un mayor nivel
energético. Cuando retornan a su nivel energético inicial
lo hacen emitiendo radiación infrarroja (calor).
La eficiencia de un tubo moderno, por lo tanto, es muy baja.
RAYOS X: TIPOS
1- RAYOS X GENERALES (BREMSSTRAHLUNG)
O RADIACIÓN DE FRENAMIENTO
2- RAYOS X CARACTERÍSTICOS
RAYOS X GENERALES
(FRENAMIENTO ó BREMSSTRAHLUNG)
Radiación de freno
radiación
se origina
de baja energía
Este tipo de
por la interacción de
los electrones con el núcleo del átomo de Tg. del
ánodo.
Electrón
Cuando el electrónelectrón-proyectil pasa cerca del núcleo
reduce su velocidad (es frenado) y desviado de su
trayectoria original. Esto deja al electrón con una
reducida energía cinética y esta pérdida de energía
reaparece como radiación X . Una radiación de
frenamiento de baja energía se produce cuando el eees apenas influído por el núcleo. Una de alta energía,
cuando el ee- pasa muy cerca del núcleo y pierde casi
Radiación
freno
toda sude
energía
cinética.
de alta energía
En radiología diagnóstica la mayoría de la radiación X
tiene su origen en el frenamiento o Bremsstrahlung
RAYOS X CARACTERÍSTICOS
Electrón eyectado
Si el proyectilproyectil- electrón interacciona
con la capa
de la capa K
electrónica más interna (K),sin hacerlo con el
Proyectil
núcleo
atómico se produce una radiación
electrón
característica. El proyectil eyecta el electrón de la
capa K y el átomo de tungsteno queda ionizado y
en la capa K queda temporariamente un “agujero
electrónico”,que es ocupado por un electrón de la
capa adyacente. Esta transición electrónica de
Proyectil
una órbita más externa a una interna eselectrón
acompañada por la emisión de fotón decontinúa
rayos X
(característico).-(característico).
SÓLO LOS RAYOS X CARACTERÍSTICOS ORIGINADOS EN LA
CAPA K SON ÚTILES EN RADIOLOGÍA DIAGNÓSTICA
PROPORCIÓN
Si el kilovoltaje (Kv) es de 70:
15% radiación característica
85% rayos X generales (frenamiento o
bremsstrahlung)
PRODUCCIÓN DE RAYOS X:
TUBO
CALOTA METÁLICA
CÁTODO
AMPOLLA
ELECTRONES
ÁNODO
VENTANA
RAYOS X
TUBO DE RAYOS
CARACTERÍSTICAS:
Alto voltajePRODUCE
80-140 Kv ELECTRONES AL
CÁTODO: (FILAMENTO TUNGSTENO)
CALENTARSE.
ÁNODO: (PLACA TUNGSTENO) PRODUCE RX. POR CHOQUE
Rotor
Ánodo
ELECTRÓNICO.
ENTRE AMBOS: DIFERENCIA DE POTENCIAL
Calota
PROTEGIDO POR AMPOLLA DE VIDRIO PIREX (alta resistencia al calor)
ALTO VACÍO: EVITACátodo
EL CHOQUE DE LOS ELECTRONES
CON EL AIRE
Estator
Ampolla
de vidrio
CÁTODO CONECTADO AL POLO NEGATIVO
Ventana
Electrones
ÁNODO AL POLO POSITIVO: ATRAE ELECTRONES
(-)
(Colimador
TODOS LOS COMPONENTES PROTEGIDOS POR UNA CALOTA DE HIERRO
Haz de rayos X
ÁNODO GIRATORIO PARA EVITAR EL CHOQUE DE (E(E-) EN EL MISMO LUGAR.
PRODUCCIÓN DE RAYOS X
EQUIPO DE RAYOS: COMPONENTES
1.
2.
3.
4.
5.
GENERADOR DE ALTA TENSIÓN
MESA DE COMANDO
MESA DE EXAMEN
TUBO DE RAYOS
COLUMNA PORTA TUBO
EQUIPO DE RAYOS
TUBO
COLIMADOR
MESA
COLUMNA
GENERADOR
MESA DE RADIOSCOPÍA
TUBO
INTENSIFICADOR
DE IMÁGENES
CALIDAD E INTENSIDAD DE LOS
RAYOS X
• La intensidad o cantidad de rayos X depende
de la cantidad de electrones que chocan contra
el ánodo en la unidad de tiempo. Depende de la
temperatura del filamento (cátodo). Se regula
con el miliamperaje (mA
(mA).
).
• El poder de penetración o calidad de los rayos X
depende de la energía cinética (velocidad) con
que los electrones chocan contra el ánodo. Se
regula variando la diferencia de potencial entre
cátodo-- ánodo con el kilovoltaje (Kv)
cátodo
FILTRACIÓN
Los rayos X tienen un espectro continuo de
energía.
En una onda coexisten rayos de distinta longitud
de onda. Los rayos de menor energía llegan a la
piel del paciente y allí se absorben , lo que
puede provocar lesiones (dermatitis, etc.).
Para evitarlo se colocan filtros de aluminio en la
ventana del tubo de rayos, cuya función es
absorber los fotones de baja energía y evitar
que lleguen a la piel del paciente.
RAYOS X: INTERACCIÓN CON
LA MATERIA
Desde el punto de vista de la radiología
diagnóstica los rayos X interaccionan
con la materia de acuerdo a dos
mecanismos:
1. EFECTO FOTOELÉCTRICO
2.
EFECTO COMPTON
EFECTO FOTOELÉCTRICO
Predomina con rayos X de baja energía y
con altos Nº atómico.
Cuando un fotón choca con un átomo puede
incidir sobre un electrón de una órbita
interna y eyectarlo del átomo. Si el fotón
aún queda con energía se la transfiere al
electrón eyectado como energía cinética.
EFECTO COMPTON
Acontece en la absorción de Rayos X de
alta energía y Nº atómicos bajos. Se
produce cuando fotones de alta energía
colisionan con un electrón orbital. Ambas
partículas se eyectan con un ángulo que
diverge al fotón incidente. Éste transfiere
parte de su energía al electrón que
emerge con una longitud de onda mayor.
Esta divergencia se conoce como
dispersión Compton.
ATENUACIÓN DE LOS RAYOS X
RADIACIÓN
DISPERSA
ABSORCIÓN
FOTÓN EMERGENTE
FOTÓN INCIDENTE
CUERPO OPACO
RADIACIÓN
DISPERSA
ATENUACIÓN= ABSORCIÓN + DISPERSIÓN
ATENUACIÓN
La absorción es directamente proporcional
a:
1. Nº ATÓMICO DEL MATERIAL (Z)
2. ESPESOR
e inversamente proporcional a
1. ENERGÍA DEL FOTÓN
ATENUACIÓN DE LOS RAYOS X
RADIACIÓN DISPERSA:
DISPERSA:
Se produce cuando el fotón incidente interacciona con el
cuerpo del paciente. Es de baja energía y dirección
diferente a la del haz primario. Nociva para el paciente
(se absorbe en los tegumentos) y degrada la imagen
radiográfica.
SU REDUCCIÓN:
REDUCCIÓN:
1- Limitar (colimar) el haz ( su producción)
2- Uso de grillas o rejillas antidifusoras( su llegada)
ATENUACIÓN DE LOS RAYOS X
• Los fotones que pasan a
través del cuerpo del
paciente y llegan al film
son TRANSMITIDOS
RANSMITIDOS
Tubo
• Los fotones que entregan
toda su energía al cuerpo
son ABSORBIDOS
• Los fotones que son
desviados de su dirección
original son
DISPERSADOS
Chassis
radiográfico
TRANSMITIDOS
ABSORBIDOS
DISPERSADOS
RADIACIÓN DISPERSA: REDUCCIÓNGRILLA ANTIDIFUSORA
tubo
NOTE LAS LINEAS PARALELAS DE
LA GRILLA
1.Láminas de
Plomo (delgas)
paciente
(1)
grilla
LAS
LÍNEAS ANTIDIFUSORA
DESAPARECEN FIJA
CON EL
GRILLA
MOVIMIENTO DE LA GRILLA (BUCKY
LA GRILLA DEJA PASAR SÓLO LOS FOTONES PARALELOS A LAS LÁMINAS DE
PLOMO. ABSORBE LA RADIACIÓN DISPERSA.
PELÍCULA RADIOGRÁFICA
SOPORTE
1. BASE DE POLIESTER
(fuerte y flexible)
2. GELATINA
EMULSIÓN SENSIBLE
1. CRISTALES DE
YODURO DE PLATA
(suspendidos en la gelatina)
a) granos de forma plana
de yoduro de plata en
las películas modernas.
b) producen superficies
planas que aumenta da
sensibilidad y la
velocidad del film
PANTALLA REFORZADORA
1.
SON DE CRISTALES DE
TIERRAS RARAS
2. CONVIERTEN LA ENERGÍA
DEL HAZ DE RAYOS EN
LUZ VISIBLE
•CHASSIS RADIOGRÁFICO ABIERTO
QUE MUESTRA LAS PANTALLAS
REFORZADORAS (BLANCAS)
3. POR CADA FOTÓN DE
RAYOS X QUE LLEGA SE
PRODUCEN CIENTOS DE
HACES LUMINOSOS
A. CHASSIS
B. PANTALLA REFORZADORA
C. PELÍCULA RADIOGRÁFICA
PANTALLA REFORZADORA
HAZ DE RAYOS X
GRILLA
PANTALLACRISTALES
LUZ VISIBLE
PELICULA RADIOGRÁFICA
LA PANTALLA REFORZADORA ES RESPONSABLE DEL 98% DE
LA IMAGEN RADIOLÓGICA
PANTALLA REFORZADORA
VENTAJAS
1. Disminución de los factores de
exposición:
A. Disminuye la dosis
B. Disminuye el tiempo de exposición
2. Mejora el contraste (respecto de las
radiografías realizadas sin pantalla).
RADIOPROTECCIÓN
Por su uso, especialmente médico, los
rayos X son los que más contribuyen a la
irradiación artificial de la población (90%).
Es importante que los médicos conozcan los
peligros de las radiaciones ionizantes
para tener en cuenta su relación riesgo
/beneficio.
EMBARAZO
En la MUJER en edad de concebir indicar la
radiografía luego de los 10 días DESPUES de la
menstruación.
Si se comprueba el embarazo: POSPONER EL
ESTUDIO HASTA NACIMIENTO.
Si no se puede: por lo menos hasta los 8 meses
del embarazo.
La radiosensibilidad fetal es 10 veces mayor que
en el adulto. Especialmente durante el primer
trimestre de gestación.
RADIOSENSIBILIDAD
MAYOR CUANTO MÁS SE DIVIDEN LAS
CÉLULAS DE UN TEJIDO (fundamento de
la radioterapia).
Por ello se afectan especialmente, los
tejidos embrionarios y los elementos
blancos de la sangre (la médula ósea está
en actividad continua).
RADIOPROTECCIÓN
-COLIMACIÓN: Limitar el haz de radiación sólo
a la zona de interés. Esto además mejora la
calidad de imagen.
-DISTANCIA TUBO-PACIENTE: A igualdad de
dosis, la dosis en la piel del paciente es
inferior cuando se aleja el tubo. Aumentando
la distancia tubo paciente de 25 a 60 cm. Se
reduce la dosis dérmica al 50%.DISMINUYE
CON EL CUADRADO DE LA DISTANCIA
RADIOPROTECCIÓN
CALIDAD DEL HAZ DE RAYOS:
RAYOS Si un haz tiene
muchos fotones de baja energía, un alto % será
absorbido por el paciente y sólo pocos
contribuirán a formar la imagen. (mala calidad)
FILTRACIÓN Filtros de aluminio colocados en la
FILTRACIÓN:
ventana del tubo absorben los fotones de baja
energía que dañan la piel del paciente.
GRILLA ANTIDIFUSORA : Dispositivo que cumple la
función de reducir la radiación dispersa emitida
por el paciente antes de llegar a la película.
RADIOPROTECCIÓN
SENSIBILIDAD DE LA PELÍCULA y
PANTALLA:: Utilizar películas y pantallas
PANTALLA
de alta sensibilidad, lo que permite
reducir la dosis.
INTENSIFICADORES DE IMAGEN:
IMAGEN: Al
aumentar la luminosidad de la imagen
fluoroscópica disminuye la dosis de
radiación necesaria para un estudio
dinámico.
AVANCES: RADIOLOGÍA DIGITAL
DOS TIPOS:
- DIRECTA
- RADIOLOGÍA
COMPUTADA
DIRECTA:
- Usa detectores para
capturar la imagen.
Esta imagen se lee
en una workstation
o son impresas.
- Detectores de
silicato amorfo
- No usa chassis
radiográfico
AVANCES: RADIOLOGÍA
DIGITAL
• RADIOLOGÍA
COMPUTADA
• La radiografía se
toma con equipos
convencionales
• Usa chassis con
pantallas de fósforo.
• Las imágenes son
escaneadas en un
digitalizador y vistas
en un monitor y
impresas
RADIOLOGÍA COMPUTADA
Se toma la radiografía
Impresora láser
seca
Se pasa la tarjeta Lectora del código de barras
del chassis radiográfico
de ID del paciente
Workstation para manipular Digitalizador. Tarda 30 se
la imagen y enviarla a
gundos para scanear una
Archivo o impresión
imagen de 35x43 cm.
Digitalizador de imágenes
RADIOLOGÍA CONVENCIONAL
VS. DIGITAL
RADIOLOGIA CONVENCIONAL
RADIOLOGÍA DIGITAL
VENTAJAS
El post- procesado permite mejorar
las imágenes.
Evita repeticiones innecesarias
Mejora sustancial de la calidad de
la imagen
FIN