RAYOS X - Departamento de Electrónica y Automática

RAYOS X
• DESCUBRIMIENTO
- 8 de Noviembre de 1895- Prof. WILHELM KONRAD RONTGEN.
- Realizaba estudios del efecto del paso de la corriente eléctrica por tubos de
vacío, observó como cristales de platinocianuro de bario producían
fluorescencia.
• ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
Vibraciones electromagnéticas à Teoría de Huygens
C=F.λ
C = 300.000 Km/seg.
F = frecuencia.
λ = longitud de onda.
Newton: Teoría Corpuscular à Radiación es una emisión de diminutas
partículas.
Newton-Huygens à Teorías contradictorias.
Física Modernaà Teoría cuantica de Planck.
La luz y los rayos X son la trayectoria de fotones o cuantos de energía E=h.f
• ORIGEN Y PRODUCCION DE LOS RAYOS X
• Radiación de Frenado (Bremsstrahlung).
La energía cinética perdida por los electrones se emite en forma de un fotón de
rayos x.
El 1% de la energía total de los electrones se emplea en producir Rx .
E= Energía que pierde el electrón
E = h.ν = h .c/λ
λ = h. c / E
La energía potencial en el cátodo es e.V
V : potencial aplicado entre ánodo y cátodo.
En el ánodo la energía potencial es nula y la cinética es máxima.
λmin = h. c / Emax = h.c / e. V
h, c, e son constantes.
λmin (nm) = 1,234 / V (Kv)
Ocurre que:
λ max. Intensidad ≈ 1,5 λmin.
• Radiación Característica.
Se produce por un mecanismo totalmente distinto.
Si la energía es muy elevada ( Tensión en Kv elevada) ⇒ el electrón puede
interaccionar con alguno de los electrones profundos de los átomos del ánodo
y desplazarlo de su órbita.
El hueco resultante será ocupado por un electrón de una órbita mas externa y
la diferencia de energía se emitirá en forma de radiación.
El fotón emitido tendrá :
λ = h.c / E2 – E1
E1: Energía órbita interna
E2: Energía órbita externa
E1 y E2 son características para cada átomo.
UNIDADES DE EXPOSICION
UNIDAD R
Descripción del fenómeno:
Una cantidad de radiación produce en cierta masa de aire una cantidad tal de
pares de iones que transportan de una a otra placa una cantidad determinada
de carga eléctrica.
Definición de la unidad (1928)
La unidad de cantidad de radiación es aquella que al incidir sobre 1 cm3 de
aire en condiciones normales de temperatura y presión, producen una cantidad
de iones de ambos signos que transporta de una a otra placa una unidad
electrostática de carga eléctrica.
Relacionándolo al peso de 1 cm3 de aire a presión y temperatura normales (0°
y 760 mmHg) que es de 1,293 mg (ya que el volumen varía con la temperatura
y presión).
Unidad R: Cantidad de radiación X o γ que produce en 1,293 mg de aire una
cantidad de iones de ambos signos tal que transporta 1 u.e.s de electricidad.
Sistema Internacional de Unidades (SI)
Propone como unidad el Coulomb por Kg (C/Kg)
• 1R = 2,58 x 10-4 C/Kg
• 1 C/Kg = 3,88 x 103 R
1 R = 83,8 ergios/ gramo (en aire)
Unidades de Dosis ABSORBIDA
• RAD
• GRAY
• SIEVERT
RAD: Rontgen Absorbed Dosis (Dosis de Radiación Absorbida)
“ Cantidad de radiación ionizante que produce una absorción de energía de
100 ergios por gramo”
Se puede aplicar a cualquier absorbente
• 1R imparte 83,8 ergios a 1g de aire
• 1R imparte 97 ergios a 1g de agua
En la irradiación Médica y Biológica la dosis de exposición expresada en R
posee el mismo valor que la dosis de absorción expresada en rads.
1 rad = 10-2 J/Kg
En el Sistema Internacional (SI) la unidad es el Gray (Gy)
Se define como la absorción de 1J/Kg
• 1 Gy = 100 rads = 1 J/Kg
• 1 rad = 0,01 Gy = 1 cGy
Sievert (Sv) : Dosis de radiación determinada que produce el mismo efecto
biológico que la absorción de 1 gray (100 rads)
Medida de la calidad de la radiación
La medida de la calidad de la radiación consiste en determinar la energía de la
radiación en función de la longitud de onda o Kv.
(Se puede realizar en laboratorio mediante la espectrografía)
En la práctica se emplea la medición de Kv (directamente o midiendo tensión
en el primario y relación de transformación).
A mayor Kv aumenta el poder de penetración ⇒ decrece la atenuación.
Curva de atenuación de una sustancia dada
Mayor 100Kv --------Cobre
40 a 100Kv------------Aluminio
Capa Hemireductora (C.H.R)
En lugar de la curva de atenuación completa, es usual indicar los puntos de
50% y 25%.
El punto de 50% se llama "Primer espesor hemireductor o capa
hemireductora"
(Es el espesor de una sustancia para la cual la dosis de radiación se reduce a la
mitad)
El punto de 25% es el segundo espesor hemireductor o segunda capa.
Una radiación queda completamente definida por los puntos 100%, 50% y
25%.
Si la radiación es Monocromática, la primera capa es igual a la segunda y a la
tercera.
Tubos de Vacío o Cátodo caliente
•
•
•
•
•
•
•
•
•
El número de electrones depende del filamento.
Mayor número de electrones implica mayor cantidad de rayos producidos.
Mayor velocidad de electrones implica rayos con mayor energía.
A mayor Kv se tiene:
Electrones mas rápidos.
Mayor energía de rayos.
Menor longitud de onda.
Mayor poder de penetración.
Rayos x mas duros.
Fluoroscopía: 40 a 100 KV- Hasta 4 mA.
Radioterapia: 5 a 250 KV- 1-30 mA.
Anodo-Blanco
El primer material anódico fue el vidrio. (mal conductor térmico).
Luego se reemplazó por aluminio, platino, tungsteno, etc.
La elección del material se basa en su rendimiento y carga específica máxima
admisible.
Rendimiento: Proporcional al número atómico.
Tungsteno (74) Temperatura de Fusión: 3350 °C.
Platino (78)
1170 °C.
Oro (79)
Plomo (82)
327°C.
Aluminio (13)
Otro factor importante es la conductividad térmica.
Foco o punto focal: Parte del ánodo donde inciden los electrones.
Para diseñar el foco se toma una relación de compromiso: lo más puntual
posible y a su vez lo mas grande para poder disipar calor.
Características importantes del ánodo:
• Angulo anódico.
• Capacidad de carga térmica.
• Velocidad de giro.
• Material de fabricación.
• Potencia del tubo.
Tubos para Radioterapia
•
•
•
Tratamiento con rayos X.
Trabajan con intensidades bajas hasta 20 o 30 mA.
El tamaño del foco no es tan importante.
•
•
Angulos anódicos entre 32 a 45°.
Severas exigencias de enfriamiento.
Tubos para Radiodiagnóstico
•
•
•
Corrientes de hasta cientos de mA.
El tamaño del foco si es importante.
Angulo anódico: 6,5°-10°-11°-12,4°-15°-17,5°.
Tubos de ánodo estacionario
El blanco es un disco de tungsteno embutido en cobre
Son de baja potencia.
Tubos de ánodo giratorio
•
•
•
•
•
El ánodo gira, pero el foco permanece estacionario.
Gira en vacío, no hay lubricación.
El giro lo provoca un bobinado exterior (estator y rotor).
Aumentando la velocidad y el diámetro del ánodo, aumenta la carga
máxima admisible.
Aumenta la potencia en un 70%.
Ventanilla del tubo
•
•
Filtración inherente (inevitable): vidrio, aceite, (propias del tubo).
Filtración extrínseca (añadidos), (placas de aluminio y cobre).
Homogeiniza las diferentes longitudes de onda del haz.
Hasta 100 KV- se utiliza aluminio.
Mayor a 100 KV- se utiliza cobre.
Aislamiento y Refrigeración
•
•
•
•
Aislamiento de aire.
Refrigeración por ventilador.
Refrigeración por agua circulante bajo presión.
Tubo blindado con aislamiento de aceite. Refrigeración estática natural por
aceite.
•
•
•
Refrigeración estática forzada por aceite (con ventilador).
Refrigeración estática forzada de aceite (con agua).
Refrigeración por circulación forzada de aceite.
Componentes de un equipo de rayos x completo
Equipos de regular o alta potencia. Generador y transformador de alta tensión
separados.
1.
2.
3.
4.
Generador (Comando).
Transformador de alta tensión.
Cables de alta tensión.
Accesorios electromecánicos fundamentales.
Generador (Comando)
- Determina la potencia del equipo.
- Tiempo de duración del disparo.
- Suministra alimentación de filamento.
- Determina los factores radiográficos (mA, KV, t).
- Controla la rotación del ánodo (frenado también).
Otras funciones del comando:
- Circuitos de conmutación de puestos de trabajo (2 o mas tubos).
- Conmutación de ambos focos dentro del mismo tubo.
- Empleo de un sistema automático de dosis radiográfica.
- Selección del sistema radiológico televisual.
- Selección o no del uso de antidifusores de mesa o pared (Bucky).
- Comando de los movimientos de la mesa (mesas telecomandadas).
- Movimientos de: Compresor del paciente.
Seriógrafo.
Angulación del tubo.
Apertura o cierre del colimador.
Clasificación cualitativa de los generadores
a)- Generadores electromecánicos (Primera generación).
Usa selectores, conmutadores, relés, resistencias, transformadores.
Válvulas rectificadoras.
Instrumentos de aguja.
Temporizadores mecánicos.
Disparo por contactores.
b)- Segunda Generación.
Usa válvulas de vacío para los temporizadores, conmutación de funciones,
estabilización de red y rotación del ánodo
Dispara por medio de contactores.
Sistemas de rectificación polifásicos.
Rectificadores de alto voltaje de estado sólido.
c)- Tercera Generación.
Incorpora circuitos electrónicos (mas exactitud y mejor calibración).
Circuitos protectores o bloqueadores de valores prohibidos.
Disparo por medio de semiconductores (tiristores). Elimina el uso de relés y
desgaste de partes móviles en cada disparo.
A mayor cantidad de circuitos, aumenta índice de fallas.
d)- Cuarta Generación.
Circuitos con microprocesadores.
Reduce tamaño para igual potencia.
Uso de fibra óptica, componentes de montaje superficial, display de cristal
líquido, etc.
Equipos de técnica de frecuencia media o alta.
Sistemas de conmutación de estado sólido.
Mayor rendimiento y menor tamaño de los transformadores de alta tensión.
Transformadores de alta tensión
Suministran la alta tensión al tubo de rayos x.
Está contenido en un recipiente con aceite en el cual se encuentran:
- Transformador de alta tensión.
- Transformador de filamento.
- Rectificadores.
- Conmutador de tubos de rayos x.
- Conmutador de filamentos (foco fino-foco grueso).
- Regleta de conexión con el comando o generador.
- Conectores hembra de cables de alta tensión.
Transformador de alta tensión:
• Secundario con muchas vueltas.
• Número de espiras por capa muy elevado.
• Elevada tensión entre capas. Aislamientos especiales (Poliésteres o papel
aceitado entre capas).
• Elevada impedancia que dan las espiras.
Estos valores de resistencia y reactancia provocan una caída de tensión que se
incluye en el circuito de la corriente de salida.
Las bobinas del secundario se separan en dos partes eléctricamente unidas.
Esto permite reducir la tensión efectiva entre cualquier punto eléctrico y el
gabinete. Se bajan costos de aislamiento y mejora la seguridad eléctrica.
El núcleo del transformador de alta tensión debe manejar valores elevados de
inducción electromagnética. Se fabrican con láminas de grano orientado.
Relación de transformación: V1/V2 = N1/N2
V2 : 40 a 150 KV (Tensión de salida)
V1 : 180 a 250 V (Tensión de entrada o primario)
Rectificación y Potencia
Autorectificación: El tubo se convierte en un rectificador.
La potencia no es plenamente utilizada, porque solo produce rayos durante
medio ciclo, en el otro medio ciclo tiene la polaridad invertida y no
produce rayos.
No se aplica en equipos de medias y altas potencias.
No se aplica toda la alta tensión permitida porque durante la conducción se
aplica un elevado voltaje entre los electrodos. Cuando no hay conducción,
el mismo voltaje se aplica en vacío, pudiendo destruir el tubo. Se trabaja
con un voltaje inferior al Nominal.
Otro inconveniente: La corriente pulsante rectificada circula por el lazo que
incluye el secundario del transformador de alta tensión, esto genera una
componente de continua que satura el núcleo, restándole eficacia de
conversión. Esto obliga a utilizar transformadores sobredimensionados.
Rectificación de media onda
Se usan en equipos de baja potencia.
Los diodos rectificadores deben tener capacidad de soportar elevadas
tensiones inversas.
La ventaja con respecto al anterior es que se puede aplicar al tubo la tensión
nominal máxima.
La desventaja es que se debe aplicar una corriente doble de la necesaria para la
dosis deseada. Esto es debido a que la conducción es solamente durante la
mitad del ciclo de la señal alterna.
Rectificación de onda completa
Ventajas: El tubo no soporta tensión inversa alguna.
El rendimiento es superior al de media onda.
Tiene mayor rendimiento de dosis con menor corriente por el tubo.
Desventajas: No se tiene una tensión continua aplicada al tubo. Es fluctuante y
se produce un desaprovechamiento de la energía posible en la región entre
crestas.
La solución es la rectificación multifásica.
Accesorios
La finalidad de los accesorios es que el paciente esté posicionado cómodo y
confortable al realizarse el estudio.
Algunos accesorios de naturaleza electromecánica que ayudan al trabajo
radiográfico son:
• Mesas radiográficas.
• Estativos que soportan y desplazan a los tubos a lo largo y ancho de la
instalación.
• Sistemas portaplacas de pared (radiografías de torax).
• Rieles de soporte cielítico para tubos o sistemas televisuales.
• Carros de soporte para monitores.
• Inyectores de medio de contraste con control electrónico.
• Sistemas de pasa placas electromecánicos.
• Sistemas de procesamiento ulterior de imágenes.
Mesas Radiográficas
•
Mesa Radiográfica Horizontal Sencilla:
- Pueden tener soporte inferior de antidifusor (bucky) y bandeja portaplaca
para máximas dimensiones de chasis radiográficos.
- El efecto filtrante de la mesa sobre la radiación es equivalente a no mas de
1 mm de aluminio.
•
Mesa Basculante Simple:
- Bascula sobre su eje (motorizada): Posición horizontal. Posición vertical.
Inclinado con un límite de 15° (trendelenburg).
- Tiene sistemas de seguridad (límites de fin de carrera).
- Interruptores de seguridad.
- Antidifusor.
- Portaplacas.
- Soporte de pies retirable.
- Controles de basculación de fácil acceso.
- Escalón retráctil para subir al paciente.
- Contrapesos de plomo.
•
Mesa Fluoroscópica:
- Es la mas usada en el trabajo de rutina radiológico.
- Puede tener incorporado un seriógrafo.
- Posee los mismos controles que la mesa basculante simple.
- Límite automático de interrupción de la basculación al llegar a la posición
horizontal desde cualquier ángulo.
- Posee un tubo de rayos x debajo de la mesa unido solidariamente con el
seriógrafo. Desplazamiento lateral y longitudinal.
- El tubo debajo de la mesa de la mesa se usa para visualizar sobre pantalla o
imágenes televisuales la parte del cuerpo que se desea documentar en
radiografías.
El tubo tiene función fluoroscópica y función radiográfica.
Circuitos incluidos en el seriógrafo conmutan la función del tubo.
Sobre el seriógrafo puede ir montado la pantalla fluoroscópica, sistema
Televisual o cámara cine-fotográfica.
En el seriógrafo también están los controles de movimiento de la mesa y los
controles del colimador.
•
Mesa Telemandada:
- Mesas controladas a distancia.
- Mayor seguridad radiológica para el personal que maneja el equipo.
- Posibilidad de desplazar el intensificador de imágenes desde los pies a la
cabeza sin mover al paciente.
- Posibilidad de hacer estudios seriados, colimador automático, etc.
Otros accesorios
•
Soporte de pared para portaplacas:
- Uso común: radiografía de torax.
- Portaplaca deslizante.
- Puede poseer antidifusor.
- Frenos mecánicos o electromagnéticos.
•
Columnas portatubo:
Soporta y desplaza al tubo por sobre el paciente en la mesa o traslada al tubo
contra el soporte de la pared.
- Posibilidad de girar el tubo con respecto a dos ejes.
- Enclavado cada 90°.
- Desplazamiento telescópico del brazo horizontal.
- Indicación numérica de las distancias desplazadas.
- Sistema de contrapeso.
- Frenado electromagnético. Mecanismos de seguridad.
- Rieles en el piso. Sujeción deslizante en la pared o techo.
- Soporte y abrazadera de seguridad para el tubo.
- Abrazaderas de los cables.
- Cuentan con una prolongación superior de la altura para poder ajustar la
columna a cualquier altura del techo.
-Junto al tubo tiene un cabezal con manubrio de comando donde están
ubicados frenos, luz del colimador, goniómetro,etc.
Seriógrafo
Se instalan sobre las mesas para ejecutar radiografías seriadas, previa
visualización fluoroscópica de la región a documentar.
Se usa generalmente para sistema digestivo con la inyección de medio de
contraste.
q Debe poseer un sistema electromecánico o electrónico de posicionado y
subdivisión de las placas radiográficas.
q Control del colimador.
q Diafragma para distintos tipos de corte.
q Control de frenos verticales, horizontales, laterales y transversales.
q Puede tener rejilla antidifusora retirable (para algunos estudios).
q Posibilidad de colocar o retirar el intensificador de imágenes (puede,
eventualmente colocarse en su lugar una pantalla fluoroscópica).
q Control de basculación de la mesa.
q Delicado y duradero mecanismo de subdivisión.
Restrictores y Colimadores
Se usan cuando se desea exponer únicamente la región que interesa.
Colimación: Delimitación ajustable de la parte a irradiar. Lo mas común es
usar láminas de plomo (equipos simples).
Otros métodos: Uso de colimadores (dispositivo mecánico o
electromecánico), cilindros y conos de restricción.
Colimadores:
Poseen medidor de distancia del tubo al paciente.
Poseen filtros formados por láminas de aluminio para atenuar radiaciones de
baja energía.
Rectangulares: Láminas horizontales y verticales.
Iris: Se abren y cierran formando un círculo de diámetro variable.
De acción Manual: Posee iluminación.
De acción Motorizada: Generalmente en tubos fluoroscópicos de bajo mesa,
no poseen iluminación.
Antidifusores
En 1913 Gustav Bucky crea la rejilla tipo diafragma que va entre el paciente y
la película.
Objetivo: Eliminar radiación secundaria o dispersa. Absorbe la radiación
procedente de los rebotes del cuerpo del paciente que trata de llegar a la
película con otro ángulo de incidencia.
Problema: Aparición de la sombra proyectada por la rejilla sobre la película.
Solución: El Dr. Hollis Potter inventa el método para mover la rejilla durante
la exposición. La imagen proyectada se difumina sobre la película.
En 1920 aparece comercialmente el sistema de rejilla Potter-Bucky.
Se llama Bucky al sistema antidifusor completo (Rejilla, mecanismo de
movimiento, bandeja portacassette, bastidor que sostiene al conjunto).
Rejillas
Función: Filtrar la radiación no deseada.
Esta compuesta por un conjunto de tiras alternadas de material traslúcido
(plástico, magnesio, madera balsa, aluminio) y tiras de plomo.
La cantidad de tiras de plomo define la Capacidad de la Rejilla para eliminar
la radiación secundaria.
La Capacidad de la Rejilla se mide en función de la Relación de Rejilla y la
cantidad de tiras de plomo por pulgada.
Relación de Rejilla: Cociente entre el largo de una tira de plomo y longitud
del espacio entre dos tiras próximas.
8:1 = La altura es 8 veces mayor que la distancia entre tiras.