Espectro de Rayos X

El espectro de rayos X es la representación gráfica del número de fotones de rayos X (eje Y) emitidos en función de su energía (eje X).

Parte Discreta: Rayos X Característicos

• Picos debidos a los rayos X característicos.
• Dependen del material del ánodo.

Parte Continua: Rayos X de Frenado (Bremsstrahlung)

• Curva debida a los rayos X de frenado (Bremsstrahlung).
• Depende del voltaje entre el cátodo y el ánodo.
• La radiación de frenado toma valores entre 0 y la energía de los electrones producidos por efecto termoiónico.
• El pico de intensidad (mayor parte de los fotones) se encuentra a una energía correspondiente a 1/3 de la energía máxima, lo que representa la energía media del haz.
• Rango de energía: E ∈ [0, E_máx = q·V].

Intensidad de Rayos X y Efecto Talón

• Intensidad de Rayos X: Número de fotones en el haz de radiación de frenado producido.
• Efecto Talón: La intensidad en el lado del ánodo es menor (aproximadamente 45%) que en el del cátodo, debido a que los fotones atraviesan un mayor espesor de material en el ánodo.

Calidad del Haz y Capa Hemirreductora (CHR)

• Calidad del Haz: Capacidad de penetración del haz de rayos X.
• Pueden ser:
  • Duros: Alta penetración o calidad, mayor energía media.
  • Blandos: Baja penetración o calidad, menor energía media.
• Capa Hemirreductora (CHR): Parametriza la calidad de los rayos X. Es el grosor del material absorbente necesario para reducir la exposición producida por el haz a la mitad de su valor original.

Filtración del Haz de Rayos X

Propósito de la Filtración

La filtración del haz de rayos X a la salida del tubo tiene como objetivo eliminar los fotones de baja energía, ya que estos no contribuyen a la formación de la imagen y, en cambio, aumentan la dosis absorbida por el paciente. Este proceso resulta en una reducción de la dosis e intensidad, y un aumento de la calidad (energía media) del haz de radiación.

Tipos de Filtración

• Filtración Inherente:
  • Constituida por las características de diseño del tubo: ampolla, aceite refrigerante y cristal de la carcasa.
  • No es modificable y suele ser insuficiente por sí misma.
• Filtración Añadida:
  • Constituida por láminas de Aluminio (Al) o Cobre (Cu) colocadas a la salida del tubo.
  • Frena la radiación de baja energía, lo que resulta en una energía media del haz mayor a la salida (endurecimiento del haz).
  • Es modificable.
• Filtración Adicional:
  • Utilizada en situaciones donde los pacientes no pueden recibir una dosis elevada.
  • Es modificable.

Dispositivos Restrictores del Haz de Radiación

Importancia de la Colimación

La colimación del haz se logra mediante elementos anclados a la ventana del tubo de rayos X (después de la carcasa) para regular el tamaño y la forma del haz. Sus principales objetivos son:

• Disminución de la radiación al paciente.
• Disminución de la radiación dispersa, lo que resulta en un aumento de la calidad de la imagen.

Tipos de Dispositivos Restrictores

1. Diafragma de Apertura:
   • Pieza de plomo o recubierta de plomo, adjuntada a la cabecera del tubo de rayos X.
   • La apertura se diseña para cubrir al menos el tamaño del receptor de imagen utilizado.
2. Cono o Cilindro de Extensión:
   • Estructura metálica que restringe el haz de radiación y le da una forma circular, determinando el tamaño del campo.
3. Colimador de Apertura Variable:
   • Permiten conformar una infinidad de campos cuadrados o rectangulares.
   • Mediante un haz de luz, se puede apreciar la configuración exacta del campo que se pretende exponer.
4. Colimador Automático o Limitador Positivo del Haz (PBL):
   • Similar al anterior, pero incorpora un sistema digital que detecta directamente el tamaño del receptor de imagen y ajusta automáticamente la apertura de las láminas para que coincidan con el receptor.
   • Además, este dispositivo permite su manipulación manual para reducir aún más el campo si fuera necesario.

Interacción de Fotones con la Materia

Cuando los fotones de rayos X atraviesan un medio material, pueden interactuar de diversas maneras:

• Dispersión (Efecto Compton):
  • Interacción de fotones con el medio material por el efecto Compton.
  • Los fotones reaparecen con energía inferior y en una dirección distinta.
• Absorción (Efecto Fotoeléctrico):
  • Interacción de fotones con el medio material por el efecto fotoeléctrico.
  • Los fotones son absorbidos por el medio material y no aparecen tras él.
• Atenuación:
  • Desaparición progresiva de fotones constituyentes del haz debido a la combinación de absorción y dispersión.
  • La atenuación del haz monoenergético al atravesar un medio sigue una ley exponencial.

Formación de la Imagen Radiológica

La imagen radiológica se forma a partir del haz de fotones transmitido a través del paciente que llega al sistema de registro de imagen.

Tipos de Fotones en la Imagen

• Fotón Primario: Atraviesa al paciente sin interaccionar con ningún átomo. Llega directamente al sistema de imagen, contribuyendo al ennegrecimiento (o señal) de la imagen.
• Fotón Secundario: Aquel generado por la interacción del haz incidente con los átomos del paciente. Estos fotones pueden ser:
  • Absorbidos (por Efecto Fotoeléctrico): El fotón incidente interacciona con los átomos del paciente y es completamente absorbido. No llega al sistema de imagen, resultando en áreas «blancas» (sin señal). Este efecto no origina radiación dispersa, mejora el contraste de la imagen y aumenta la dosis absorbida por el paciente.
  • Dispersados (por Efecto Compton): El fotón incidente interacciona con los átomos del paciente y cambia de dirección y energía. Estos fotones dispersados pueden:
    • Viajar a un punto del sistema de imagen: Contribuyen al ennegrecimiento no deseado y al deterioro de la calidad de la imagen (reducción de contraste, aumento de ruido).
    • Viajar a puntos fuera del sistema de imagen o retrodispersarse: No forman imagen, pero contribuyen al aumento de la radiación dispersa ambiental y a la dosis del personal.

Radiación Dispersa en Radiología

Impacto del Efecto Compton

El Efecto Compton es la principal causa del aumento de la radiación dispersa. Esta radiación dispersa tiene varios efectos negativos en la imagen radiológica:

• Disminuye el contraste.
• Aumenta el ruido de fondo.
• Causa penumbra alrededor de los objetos de la imagen, lo que resulta en una menor resolución.

Factores que Afectan la Radiación Dispersa

• Voltaje (kVp): A menor voltaje, hay más efecto fotoeléctrico (EF) y, por lo tanto, una dispersión mínima, lo que lleva a un alto contraste y una mayor dosis absorbida por el paciente.
• Tamaño del Campo: A mayor tamaño de campo de radiación, mayor es la radiación dispersa. Para mitigar esto, se utilizan colimadores, conos, etc.
• Grosor del Paciente: A mayor grosor del paciente, mayor es la radiación dispersa. Se recomienda el uso de sistemas de compresión de tejidos para reducir este efecto.

Para reducir aún más la radiación dispersa, se utilizan rejillas antidifusoras.

Rejillas Antidifusoras

Funcionamiento y Propósito

Las rejillas antidifusoras son dispositivos situados entre el paciente y el receptor de imagen. Consisten en una serie de láminas de plomo separadas por espacios que permiten el paso de la radiación. Debido a su orientación, solo los fotones primarios logran pasar, mientras que los fotones dispersados son absorbidos. De esta manera, solo los fotones primarios forman la imagen radiológica.

Impacto en la Calidad de Imagen y Dosis

• Mejora la calidad de la imagen al eliminar la radiación dispersa.
• Aumenta la dosis absorbida por el paciente, ya que al eliminar parte del haz (incluyendo la radiación dispersa), se necesitan más fotones primarios para formar una imagen adecuada, lo que implica un aumento en la exposición.

Parámetros Clave

• Factor Rejilla (r): Se define como la relación entre la altura de las láminas (h) y la distancia entre ellas (D), es decir, r = h/D.
• Número de Láminas por cm y Contenido de Plomo: Cuantas más láminas por centímetro y mayor contenido de plomo, mejor será la calidad de la imagen obtenida.
• Rejillas Estáticas vs. Móviles: Las rejillas estáticas pueden producir interferencias visibles en la imagen radiológica. Este problema se soluciona utilizando rejillas móviles, que vibran durante la exposición para difuminar las líneas de plomo.
• Factor de Mejora de Contraste: Es el cociente entre el máximo contraste alcanzable con la rejilla y el máximo contraste alcanzable sin la rejilla. Permite comparar la efectividad de diferentes rejillas.
• Selectividad de la Rejilla: Relación entre la radiación primaria y la radiación dispersa transmitidas a través de la rejilla.