Tubos de Rayos X: Componentes y Funciones

Características Físicas de los Equipos de Radiodiagnóstico Podológico

• En radiología, el tubo de rayos X se utiliza para generar radiación.
• Después, esta radiación interactúa con el paciente.
• Se detecta la radiación después de interactuar con el paciente y formar una imagen.
• Se necesitan electrones de alta energía cinética para producir rayos X.
• Estos electrones deben estar a una alta diferencia de potencial y dirigirse a un blanco de número atómico alto.

Componentes Básicos del Tubo de Rayos X

• Se necesita un filamento (cátodo) como fuente de electrones para producir rayos X.
• Material blanco (ánodo) necesita para chocar los electrones
• Se necesita voltaje para acelerar los electrones.
• Cuando los electrones se mueven rápidamente a través de un material, interactúan con el núcleo y los electrones.
• Al interactuar con el núcleo, produce radiación de frenado.
• Al interactuar con los electrones, produce radiación característica.
• Estas interacciones son fundamentales para el funcionamiento del tubo de rayos X.
• Todo el proceso de generación de radiación tiene lugar dentro del tubo de rayos X.

Cátodo

• El cátodo es el electrodo negativo del tubo de rayos X y tiene dos partes: un filamento y una copa focalizadora.
• El filamento es un cable metálico enrollado en espiral que emite electrones por efecto termoiónico o Edison cuando se calienta con corriente eléctrica.
• Los electrones adquieren energía térmica y forman una nube alrededor del filamento.
• Una diferencia de potencial acelera los electrones hacia el ánodo, creando corriente dentro del tubo.
• El filamento suele estar hecho de wolframio (W) debido a su alto punto de fusión, baja evaporación y alta emisividad termoiónica.
• La mayoría de los tubos de rayos X tienen dos filamentos, uno largo (foco grueso) y otro corto (foco fino).
• El foco emisor debe ser lo más pequeño posible.
• El foco fino ofrece mejor calidad de imagen, menor número de electrones y mayor tiempo de disparo.
• El foco grueso ofrece menor calidad de imagen, menor tiempo de disparo, mayor superficie de distribución del calor generado y mayor disipación de potencia.
• La copa focalizadora aloja el filamento y su función es evitar la dispersión lateral de electrones que causaría una mancha mayor en el foco, lo que implica que mayor corriente produce mayor temperatura.
• Esto supone más electrones.

Ánodo

• El ánodo es el material contra el que impactan los electrones generados y acelerados mediante una diferencia de potencial.
• Puede ser estacionario o rotatorio.
• Se disipa el calor por radiación, conducción o convección, principalmente por radiación.
• Se usa Wolfamio (W) para el material del blanco ya que un número atómico alto (Z) produce más radiación de frenado para soportar las altas temperaturas y la conductividad térmica.
• Normalmente el material es Tungsteno (W, Z=74), dopado con Renio (Re, Z=75), sobre un substrato de Molibdeno (Mo, Z=42) y una base de grafito.
• La corona exterior, o blanco, está recortada en ángulo anódico, creando una inclinación perpendicular a la trayectoria de los electrones.
• Un ángulo anódico mayor significa mayor disipación de calor y tamaño de campo también.
• A menor ángulo, mejor resolución.
• Un ángulo anódico pequeño proporciona una buena resolución de imagen y capacidad térmica de un foco grande Los ángulos anódicos suelen estar entre 5° y 15°.

Efecto Talón

• La intensidad de radiación emitida por el lado del ánodo es menor que la emitida por el lado del cátodo debido a diversos motivos.
• El efecto talón no siempre es negativo
• El efecto talón puede usarse para compensar la diferente atenuación de distintas partes del cuerpo; por ejemplo, al radiografiar columna vertebral o mamografías

Blindaje y Filtros

• Un blindaje de plomo cubre el tubo para asegurar que la mayoría de los fotones emerjan a través de la ventana del tubo en forma de haz primario
• El blindaje reduce la radiación a 1 mGy/h a un metro de distancia cunado el tubo opere a su máxima potencia, dicha radiación es llamada radiación de fuga
• Proporciona protección contra voltajes altos y funciona como aislante y a la vez refrigerante. Sirve también de soporte para el tubo de RX.
• Además, capas de material como Cu y Al se colocan en la ventana de salida del haz.
• Esto reduce la baja energía y “endurece” el haz.
• La filtración aumenta la energía media (calidad) del haz endureciendo el haz.
• El filtrado reduce la dosis de radiación de baja energía que no contribuye a la formación de la imagen.
• La filtración añadida reduce adicionalmente dosis a los tejidos superficiales y la piel del paciente sin pérdida de calidad de imagen.
• La filtración total (inherente + añadida) debe poseer una filtración mínima que posea >1,5 mm Al para tensiones entre 50-70 kV y >2,5mm Al para tensiones superiores a 70 kV.
• Los equipos de intervencionismo suelen tener filtraciones entorno a 4-5mm Al.

Generador y receptores de imagen

• El generador se encarga de elegir los parámetros de exposición, suministro de energía y modo de operación, y evita daños al tubo de rayos X.
• Se emplea la energía con dos fines, arrancar electrones del filamento en corriente (mA) y acelerar los electrones del cátodo al ánodo en Voltaje (kV)
• Estos parámetros se seleccionan dese la consola dl generador localizada fuera de la sala de RX.
• Los sistemas receptores permiten obtener una imagen visible a partir de la radiación primaria emergente del tubo de rayos X y que atraviesa el paciente.
• Los sistemas receptores de imagen pueden ser receptores analógicos como de cartulina o receptores digitales por medio de un sistema de CR (computerized radiography) o un sistema de DR (digital Radiography).
• Los sistemas de CR sustituyen los sistemas de chasis de película para digitalizar la imagen en los sistemas convencionales y los sistemas de DR utilizan imágenes digitales mediante detectores integrados. Es usado para todo tipo de sistemas (intervencionismo, mamografía, convencional).

Intensificador de imagen:

• Por cada fotón de rayos X absorbido, una pantalla fluorescente emite 3000 fotones de luz.
• Los fotones de luz llegan al fotocátodo y provocan la emisión de electrones.
• La imagen creada en el intensificador de imagen aparece en una pantalla de TV adjunta.
• La fluoroscopía muestra movimiento haciendo series continuas de imágenes con una frecuencia de 25 a 30 cuadros completos por segundo.

Sistemas Digital Directo (DR)

• Los sistemas DR (digital radiography) reemplazan los antiguos portachasis por modernos paneles detectores integrados.
• Estos modernos portachasis no requieren ser procesados para emitir la imagen en un monitor en segundos
• Hay dos tipos de detectores, que se diferencian por la manera en la que convierten los rayos X en señal eléctrica

Radiografía Digital

• La transición de la radiografía convencional a la digital elimina algunos pasos y agiliza el proceso.
• Las imágenes en la radiología digital se pueden procesar numéricamente, transmitir a través de redes y almacenar, lo cual no es posible en la radiología convencional.
• La tecnológia digital cuenta con algunas desventajas. Se debe prestar especial atención al aumento potencial de dosis al paciente ya que produce más imágenes de las necesarias.

Limitaciones para imágenes digitales

• En sistemas digitales, El rango dinámico del detector admite sobreexposiciones
• Las exposiciones repetidas por los técnicos sin ser monitorizadas ni registradas pueden pasar inadvertidas: las imágenes electrónicas deficientes se pueden borrar
• La comodidad en la toma de imágenes puede llevar a un mayor área del cuerpo del paciente, la cual se recorta posteriormente.

Este cuestionario explora los componentes y funciones clave de los tubos de rayos X, incluyendo el vacío, el filamento del cátodo, la copa de enfoque y el blindaje. Evalúa la comprensión de los materiales, la operación del equipo y los efectos del envejecimiento en el rendimiento del tubo de rayos X.