Unidad 1 - Produccion y Emision de Rayos x.

Escuela de Fsica y MatemticaFACULTAD DE CIENCIAS

FSICA MDICA

Fis. Med. FREDDY BENALCZAR

Carrera de Biofsica

2PRODUCCIN Y EMISIN DE RAYOS X

3INTERACCIN ELECTRN-BLANCOProduccin de calor.

La funcin principal del tubo de rayos X es acelerar los electrones desde elctodo hasta el nodo. Todos los componentes del equipo de rayos X hansido diseados para suministrar un gran nmero de electrones en el ctodoque son acelerados y proyectados sobre un pequeo punto del nodo. As,cuando los electrones llegan al nodo han adquirido una energa cinticaelevada.

En el tubo de rayos X el proyectil es el electrn, y como todos los electronesposeen igual masa, es posible incrementar su energa cintica aumentandoel valor de la tensin de pico (kVp), pero tambin debido al aumento de laenerga cintica de los electrones se incrementa la intensidad (mAs) y laenerga (kVp) de los rayos X creados.

4INTERACCIN ELECTRN-BLANCOLos equipos de rayos X son instrumentos muy singulares, ya que soncapaces de enviar al blanco un enorme nmero de electrones con unaenerga cintica controlada con exactitud. Por ejemplo, a 100 mA delctodo, al nodo del tubo de rayos X viajan 6x1017 electrones porsegundo.

En una mquina de rayos X que opera a 70 kVp, cada electrn llega alblanco con una energa cintica mxima de 70 keV (1 keV = 10-16 J), esdecir con una energa de 1,12x10-14 J, lo cual nos indica que la velocidadde los electrones es de 1,6x108 m/s (equivalente a una velocidad de 0,53de la velocidad de la luz segn clculos clsicos, o de 0,47 de la velocidadde la luz considerando aspectos relativistas).

5INTERACCIN ELECTRN-BLANCOLa distancia entre el filamento y el blanco es slo de 1 a 3 cm,por lo que no resulta difcil imaginar la intensidad de la fuerzaaceleradora necesaria para elevar la velocidad de loselectrones desde cero hasta casi la mitad de la velocidad dela luz en tan corta distancia.

Los electrones que viajan desde el ctodo hasta el nodoforman la corriente del tubo de rayos X y a veces reciben elnombre de electrones proyectil.

Cuando estos electrones impactan sobre los tomos del metalpesado del blanco, transfieren su energa cintica al blanco.

6INTERACCIN ELECTRN-BLANCOTales interacciones se producen a una profundidad depenetracin del blanco muy baja. En su transcurso, loselectrones proyectil pierden velocidad hasta quedarprcticamente en reposo, momento en el cual pueden serconducidos a travs del nodo hacia los circuitos electrnicosasociados.

Los electrones proyectil pueden interaccionar tanto con loselectrones orbitales como con los ncleos de los tomos delblanco.

Las interacciones producen una transformacin de la energacintica en trmica y electromagntica en forma de radiacininfrarroja y rayos X.

7INTERACCIN ELECTRN-BLANCOLos electrones proyectil interaccionan con los electrones de la capa externade los tomos del blanco, pero no les transfieren energa suficiente paraionizar.

Los electrones de la capa externa pasan simplemente a un nivel energticosuperior o excitado, volviendo inmediatamente a su estado de energanormal con emisin de radiacin infrarroja o calor.

La constante excitacin y recuperacin de su nivel fundamental por partede los electrones de la capa externa es responsable de la generacin decalor en el nodo de los tubos de rayos X.

As pues, an con su alto grado de sofisticacin, la mquina de rayos X esun aparato notablemente ineficaz. La produccin de calor en el nodoaumenta de forma directamente proporcional al incremento de la corrientedel tubo.

8INTERACCIN ELECTRN-BLANCOSi se duplica tal corriente, la cantidad de calor producida tambin aumentaal doble. As mismo, la produccin de calor se incrementa en relacindirecta con la elevacin de la tensin de pico.

Aunque la relacin entre kVp y produccin de calor es aproximada, tiene laexactitud suficiente como para permitir el clculo de las unidades de calorque deben emplearse en la refrigeracin del nodo.

La eficacia de la produccin de rayos X es independiente de la corriente deltubo y se incrementar al aumentar el kVp.

A 60 kVp el 0,5% de la energa cintica de los electrones se convierte enrayos X. A 100 kVp, aproximadamente el 1% se convierte en rayos X,mientras que con 20 MV esta cifra se eleva al 70%.En radiodiagnstico por lo general, ms del 99% de la energa cintica delos electrones proyectil se convierte en energa trmica, lo que deja menosde un 1% disponible para producir rayos X.

9INTERACCIN ELECTRN-BLANCO

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INTERACCIN ELECTRN-BLANCOEJERCICIOS:1) A 100 mA, del ctodo al nodo del tubo de rayos X viajan 6x1017electrones por segundo. Si la mquina opera a 70 kVp, cada electrnllega al blanco con una energa cintica mxima de 70 keV. a) Indicar elvalor al que corresponde esta energa en Joules (1 keV = 10-16 J). b)Determine la velocidad a la que viajan los electrones desde el ctodohasta el nodo. c) A qu fraccin de la velocidad de la luz viajan loselectrones de 70 kVp?me=9,1x10-31 kg

2) Lo mismo del ejercicio 1 para el caso de 28 kVp y para 120 kVp.

PRODUCCIN DE RAYOS X

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Rayos X por frenamientoCuanto mayor sea la proximidad al ncleo que alcance el electrnproyectil, mayor ser tambin la influencia sobre este del campoelectrosttico del ncleo.

Este campo es muy intenso, ya que el ncleo contiene un alto nmero deprotones y la distancia entre el ncleo y el electrn proyectil es muypequea.

Al pasar cerca del ncleo, el electrn proyectil reduce su velocidad ycambia su curso, con lo cual su energa cintica disminuye y se modificasu direccin.

La energa cintica perdida reaparece en forma de un fotn de rayos X.

Estos tipos de rayos X se conocen como radiacin de frenado (aunquetambin su utiliza el trmino alemn bremsstrahlung, que significa frenaro reducir la velocidad).

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Rayos X por frenamiento

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Rayos X por frenamientoUn electrn proyectil puede perder cualquier cantidad de su energa cinticaal interaccionar con el ncleo de un tomo blanco, de modo que la radiacinde frenado asociada con esta prdida se encontrar dentro del intervalo devalores correspondiente.

As, en un tubo de rayos X a cierto kVp, los electrones proyectil tienenenergas cinticas del orden de los keV (mismo valor de kVp). Un electrncon esa energa cintica puede perder una parte, la totalidad o nada de esaenerga cintica por una interaccin de frenado, por lo que el rayo X defrenado producido podr tener una energa comprendida entre 0 y elmximo de energa cintica, conforme sea su trayectoria en el blanco. Losrayos X de frenado son emitidos desde el blanco de forma aleatoria.

Cuando el electrn proyectil apenas recibe la influencia del ncleo seoriginan rayos X de frenado con energa baja.Es posible producir rayos X de frenado con electrones proyectil de cualquierenerga.

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Rayos X por frenamientoAquellos fotones de muy baja energa, menores a 5 keV, interaccionarncasi en un 95% con el vidrio del tubo por efecto fotoelctrico y por estarazn no pasarn a formar parte del haz til.

Este vidrio y el aceite de aislamiento constituyen el primer filtrado del haz,denominado filtracin propia o inherente del tubo, la cual resulta insuficientepara limitar los fotones de muy baja energa y de poco valor diagnstico.

Por esa razn se agregan filtros adicionales de aluminio despus de laventana del tubo cuya funcin es atenuar an ms estos fotonesdenominados blandos y evitar que la piel del paciente sea el filtro.

Entonces, se puede considerar que la radiacin de frenado obremsstrahlung procede del frenado de los electrones proyectil debido a laatraccin que experimentan por el ncleo atmico.En el campo de inters diagnstico, casi todos los rayos X estnoriginados por frenado.

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Rayos X caractersticos

Si el electrn proyectil interacciona con un electrn de unacapa intermedia o interna del tomo del blanco, y no con unode la capa externa, se puede producir rayos X caractersticos.

La radiacin X caracterstica se origina cuando la interaccintiene la suficiente violencia como para ionizar el tomo delblanco, eliminando totalmente un electrn de una capainterna.

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Rayos X caractersticosLos electrones de la capa ms interior del tomo estn ms fuertementeunidos al ncleo, por lo que los electrones del nivel K tienen una energa deligadura superior a la de los electrones externos.

El wolframio es un tomo de gran tamao con 74 electrones orbitales.

Conforme aumenta la complejidad atmica, los electrones poseen unaenerga de ligadura superior que en los tomos menos complejos.En el wolframio, por ejemplo, como tiene electrones hasta en la capa P y,cuando se ioniza un electrn del nivel K, su lugar puede ser ocupado porelectrones de cualquiera de las capas ms externas.

La transicin de un electrn orbital desde una capa externa hasta otrainterna se acompaa de la emisin de un fotn de rayos X.

A 100 kVp, por ejemplo, slo el 15% del haz de rayos X, aproximadamente,procede de la radiacin caracterstica.

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Rayos X caractersticosDurante el proceso de frenado algunos electrones del blancoalcanzan la energa justa del salto de banda u orbital(normalmente para los niveles K, L, M) de tomos del blanco.

Estos electrones orbitales se excitan y pasan al nivelenergtico inmediato superior y debido a la inestabilidad de losmismos, vuelven a su nivel original emitiendo esta diferenciade energa en forma de una fotn de un valor siempre igual ycaracterstico del material que constituye el blanco.

En el caso del tungsteno o wolframio, se presentan picos deemisin de energas fijas comprendidas entre 60 y 65 keV.

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Rayos X caractersticosEn sntesis, los rayos X caractersticos seproducen, por la transicin de electrones orbitalesdesde las capas exteriores a las internas del tomo.

Como la energa de ligadura de los electrones esdistinta para cada elemento, tambin lo son los rayosX caractersticos producidos en diversos elementos.

Esta clase de radiacin X se denominacaracterstica porque es propia del elemento delblanco.

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Rayos X caractersticosEn el caso de los equiposdedicados especialmente amamografa (Mamgrafos),donde el material del nodo esel Molibdeno o el Rhodio, sepresentan picos de emisin defotones X por radiacincaracterstica con energascomprendidas entre 15 y 20keV, siendo til reforzar estasbajas energas para podervisualizar la patologa mamariatemprana.

ESPECTRO DE EMISIN DE

RAYOS X

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Espectro de emisin de rayos XSi fuese posible permanecer en medio del haz de rayos X til,tomar cada fotn de rayos X por separado y medir su energa,podra describirse lo que se conoce como espectro de emisinde rayos X.

En este caso, el nmero relativo de fotones de rayos Xemitidos se representa en funcin de la energa de cada fotnindividual.

Aunque no es posible tomar e identificar por separado cadafotn de rayos X, se dispone de instrumentos con los que sepuede realizar esta tarea.

As se han emitido espectros de emisin de rayos X en todoslos tipos de mquina generadoras de este tipo de radiacin.

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Espectro de emisin de rayos X

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Espectro de emisin de rayos XLos rayos X caractersticos tienen energas fijas o discretas, que sonpropias de las diferencias entre las energas de ligadura de los electronesde un determinado elemento. As, por ejemplo, un rayo X caracterstico delwolframio puede tener hasta 15 valores de energa distintos.

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Espectro de emisin de rayos XEn el grfico se aprecian en el mismo cinco lneas verticalesrepresentativas de los rayos X-K y otras cuatro lneas verticales querepresentan los rayos X-L. Las restantes lneas verticales quecorresponden a las restantes lneas, de energa ms baja, corresponden alas emisiones caractersticas de las capas electrnicas externas.

La intensidad relativa de los rayos X-K es mayor que la de los rayos Xcaractersticos de energas ms bajas, debido a la naturaleza del procesode interaccin.

Los rayos X-K son los nicos rayos X caractersticos del wolframio consuficiente energa para resultar de utilidad en radiologa diagnstica.

Aunque existen cinco rayos X-K, se acostumbra a representarlos comouno solo, con una nica lnea vertical de 69 keV.

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Espectro de emisin de rayos XEspectro de rayos X de frenadoSi fuera posible medir la energa contenida en cada fotn de frenado quese emite desde un tubo de rayos X, se observara que oscila entre laenerga mxima de los electrones y un valor nulo.

El espectro de emisin de rayos X de frenado es continuo. La formageneral del espectro de rayos X de frenado es la misma para todos losaparatos de rayos X.

La energa mxima que puede adquirir un rayo X es numricamente igual ala tensin de pico de operacin, de donde procede su denominacin kVp(de pico o mximo).

En su mayora, los fotones de rayos X se emiten con energaaproximadamente igual a la tercera parte de la energa mxima. El nmerode rayos X emitidos disminuye a energas muy bajas y llega casi a anularsepor debajo de 5 keV.

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Espectro de emisin de rayos XExisten cuatro factores principales que influyen en la forma de unespectro de emisin de rayos X:

1. No todos los electrones acelerados desde el ctodo hasta el nodotienen la mxima energa cintica. Segn el tipo de rectificacin y degenerador de alta tensin, muchos de tales electrones pueden tenerenergas muy bajas cuando llegan al blanco, lo que puede producirnicamente rayos X de baja energa.

2. El blanco de un moderno tubo de rayos X diagnstico es relativamentegrueso. En consecuencia, muchos de los rayos X de frenado emitidosse deben a interacciones mltiples de los electrones proyectil. En cadainteraccin sucesiva, el electrn proyectil va perdiendo energa.

3. Es ms probable que los rayos X de baja energa sean absorbidos en elblanco.

4. Casi siempre se aade filtracin externa al conjunto del tubo de rayosX. Esa filtracin aadida sirve para eliminar selectivamente del haz losrayos X de baja energa.

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Espectro de emisin de rayos XYa que el valor mximo de energa de los rayos X se asocia con la longitudde onda mnima, para determinar la longitud de onda mnima de unaemisin de rayos X se aplicar el procedimiento siguiente (E =h):Para calcular min se debe despejar :

Dado que h y c son constantes, entonces:

Dado que la longitud de onda mnima de la emisin de rayos Xcorresponde a la energa fotnica mxima, y que sta es numricamenteigual a la tensin de pico kVp (o keV), la ecuacin anterior se puedeexpresar como (con min expresada en m):

( )( )15 8 74,15 10 eV-s 3 10 m/s 12, 45 10 eV mE E

= =

h cE

=

10

min12,45 10 keV m

kVp

=

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Espectro de emisin de rayos XEJERCICIOS:1) Cul es la longitud de onda mnima asociada con los

rayos X procedentes de una unidad radiogrfica queopera a 100 kVp?.

2) Cul es la longitud de onda mnima asociada con losrayos X procedentes de una unidad radiogrfica queopera a 28 kVp y 120 kVp?.

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE EL

ESPECTRO DE EMISIN DE RAYOS X

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Factores que influyen sobre el espectro de emisin de rayos X

El nmero total de rayos emitidos por un tubo de rayos Xpuede determinarse aadiendo el nmero de rayos X emitidoscon cada energa al espectro entero, en un procesodenominado integracin.

Desde el punto de vista grfico, el nmero total de rayos Xemitidos es equivalente al rea situada bajo la curva.

La forma general de un espectro de emisin siempre es lamisma, pero puede cambiar su posicin relativa a lo largo deleje de energas.

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Cuanto ms hacia la derecha se encuentre el espectro, mayorser la energa eficaz o calidad del haz de rayos X. Cuantomayor sea el rea comprendida bajo la curva, mayor ser laintensidad o cantidad de fotones en el haz.

Los factores controlados por el tcnico operador del equipoinfluyen en el tamao y la forma del espectro de emisin derayos X.

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Efecto del mA.Al modificar el mA, por ejemplo, de 200 a 400 mA,manteniendo constante otras condiciones, fluir el doble deelectrones desde el ctodo hacia el nodo.

Esta modificacin producir el doble de fotones de rayos Xpara cualquier energa fotnica. Es decir, el espectro deemisin de fotones cambiar de amplitud, pero no de forma.

Cada punto de la curva marcado con 400 mA es exactamenteel doble de alto que aquel punto correspondiente en la curvade 200 mA.

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Esta relacin se cumpletambin para loscambios de corrienteinstantnea (mAs). As,el rea bajo la curva dela emisin de rayos Xvara proporcionalmentea los cambios de mA omAs, al igual que laintensidad de salida dela mquina de rayos X.

Cambia la cantidadNO cambia la calidad

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Efecto del kVp.Al aumentar la tensin de pico kVp, el rea bajo la curva seincrementa aproximadamente segn el cuadrado del factor porel que se elev el kVp. En consecuencia, la intensidadaumenta con el cuadrado de este factor mientras semantienen constante los dems factores.

Este aumento, sin embargo, es relativamente mayor para losfotones de rayos X de alta energa que para los de energabaja.Como sucede al variar la corriente o la corriente instantnea,una variacin en kVp no desplaza la posicin del espectro deemisin discreto (rayos X caractersticos).

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Cambio en cantidad yen calidad: El espectro sedesplaza haciamayores energa. Aparecen las lneascaractersticas.

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Regla del 15% del kVpA nivel de kVp bajos (por ejm, 50 a 60 kVp), un incremento de 7 kVp equivale,aproximadamente, a una duplicacin de la corriente instantnea mAs. Conpotenciales de tubo superiores a 100 kVp, puede ser necesario un cambio de 15kVp.

Un aumento del 15% en la tensin no duplica la intensidad de salida de unamquina de rayos X, pero equivale a duplicar la mAs para obtener una determinadadensidad ptica en la radiografa.

Para doblar la intensidad de salida aumentando el kVp, sera necesario elevar latensin hasta en un 40%.

Desde el punto de vista radiogrfico, slo se precisa un aumento del 15% en kVp, yaque al elevar la tensin de pico, aumenta la capacidad de penetracin del haz y elpaciente absorbe menos radiacin, quedando mayor proporcin de la misma paraimprimir la pelcula, por lo que la regla precisa que un aumento del 15% en el kVpequivale a duplicar la corriente instantnea mAs.

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EJERCICIO:En la ltima curva del espectro de emisin derayos X, para 72 kVp se sabe que la curva cubreun rea de 3,6 cm2, lo cual representa unacantidad de rayos X de 125 mR (32 C/kg).Cules sern el rea bajo la curva y la cantidadde rayos X para cuando el equipo funciona a 82kVp?.

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Efecto de la filtracin aadida.La adicin de filtracin a una mquina de rayos X tiene una influencia sobrela forma relativa del espectro, similar al aumento de kVp.

La filtracin absorbe con ms eficacia los rayos X de energa baja que losde energa alta, de forma que el espectro de emisin de rayos Xexperimenta una reduccin mayor a la izquierda que a la derecha delespectro.

La adicin de filtracin recibe en ocasiones el nombre de endurecimientodel haz de rayos X.

El espectro caracterstico y la energa mxima de la emisin de rayos X nose ven afectados por la filtracin. Adems, no existe ningn mtodo sencillopara calcular los cambios de la calidad y cantidad de los rayos X almodificar la filtracin.

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1. Espectro fuera delnodo.

2. Tras ventana cpsuladel tubo (filtracinINHERENTE).

3. Tras filtracinaadida.

Cambio en cantidad yen calidad.

El espectro se despalza hacia mayor energa

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Efecto del material blancoEl nmero atmico del material blanco influye tanto sobre el nmero(cantidad) como sobre la energa eficaz (calidad) de los rayos X.Cuando el nmero atmico del material del blanco aumenta, tambin lohace la eficacia de la produccin de radiacin de frenado, y se incrementael nmero de rayos X de alta energa con respecto al de baja energa.El cambio del espectro de rayos X de frenado no es tan pronunciado comoel espectro caracterstico.

Tras un incremento en el nmero atmico del material blanco, el espectrocaracterstico se desplaza hacia la derecha, por efecto de la radiacincaracterstica de energa ms alta.

Este fenmeno es una consecuencia directa de la mayor energa deligadura de los electrones de los elementos con nmero atmico ms alto.

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El wolframio es un componente fundamental de la mayora de los actualesblancos de rayos X, aunque algunos modelos especiales empleen oro. Losnmeros atmicos del wolframio y del oro son 74 y 79, respectivamente. Elmolibdeno resulta un elemento idneo para el blanco de los aparatos derayos X destinados a mamografa.

Las unidades construidas especficamente para ese fin poseen blancos demolibdeno. La cantidad de rayos X emergente de estos blancos es baja,debido a la ineficacia de la produccin de rayos X. Este hecho es unaconsecuencia del bajo nmero atmico del molibdeno.

Los nmeros atmicos bajos tambin producen radiacin X caractersticade baja energa, si bien se requieren rayos X de baja energa para tcnicasde imagen de bajos niveles de kVp (entre 23 y 32) en la observacin de lostejidos blandos en estudios de mamografa.

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Influencia de la forma de onda de tensin.Existen cinco clases principales de formas de onda:1. Rectificacin de media onda, 2. Rectificacin de onda completa, 3.Alimentacin trifsica de 6 pulsos, 4. Alimentacin trifsica de 12 pulsos y5. Alta frecuencia.

Las formas de onda de tensin rectificada en media onda y onda completason iguales, excepto en su frecuencia de repeticin de pulsos de rayos X.En rectificacin de onda completa existe una cantidad doble de pulsos derayos X por cada ciclo que en rectificacin de media onda.La diferencia entre alimentacin trifsica de 6 pulsos y de 12 pulsos residesimplemente en el menor rizado que se obtiene con la generacin de 12pulsos.Los generadores de alta frecuencia se basan en principios de ingenieraelctrica sustancialmente diferentes. Estos generadores son los queproducen un menor rizado de tensin.

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El nmero de rayos X emitidos en cada instante a lo largo de un ciclo no esproporcional a la tensin, sino que aumenta lentamente a tensiones bajas y conms rapidez a tensiones altas.

La cantidad de rayos X resultantes es mucho mayor a la tensin de pico que avoltajes ms bajos.

Por tanto, las formas de onda de tensin en operacin trifsica o de alta frecuenciadan lugar a emisiones de rayos X notablemente ms intensa que en operacionesmonofsicas.

En esta relacin entre la intensidad de salida y el tipo de generador se fundamentaotra regla prctica de uso general por los tcnicos operadores de estos equipos.

El espectro de emisin de rayos X resultante de la operacin con alta frecuencia esnotablemente ms eficaz que el obtenido con los equipos trifsicos o monofsicos.

El rea bajo la curva es considerablemente mayor y el espectro de emisin derayos X est desplazado hacia las energas altas.

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El espectro de emisin de rayos X caractersticos permanecefijo en su posicin a lo largo del eje de energa, si bienaumenta ligeramente en magnitud debido al mayor nmero deelectrones proyectil disponible para su interaccin con loselectrones del nivel K.

No existe alguna forma sencilla de calcular las diferencias enla cantidad de rayos X de salida entre la operacinmonofsica y la trifsica.

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EMISIN DE RAYOS X CANTIDAD DE

RAYOS X

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Cantidad de rayos XLos rayos X se emiten a travs de una ventana practicada enla envoltura de vidrio o metal, para formar un haz de energasdiversas.

La salida del tubo se caracteriza por la cantidad (nmero) derayos X y la calidad (capacidad de penetracin) del haz.

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Cantidad de rayos XIntensidad de salidaLa intensidad de salida de un equipo de rayos X se mide en roentgens (R) o miliroentgens (mR) y se denomina exposicin de radiacin o cantidad de rayos X.Ambos trminos tienen un mismo significado.

El roentgen es una medida del nmero de pares inicos producidos en el aire poruna cierta cantidad de radiacin X. La ionizacin del aire se mide en coulombs decarga por kilogramo de aire(1 R = 2,58x104 C/kg), y aumenta a medida que se elevael nmero de rayos X del haz.

La relacin entre la cantidad de rayos X medida en roentgens y el nmero de rayosX del haz no es siempre de uno a uno. Existen pequeas variaciones que se debena la energa eficaz de los rayos X. Estas variaciones no son significativas para losniveles de energa de rayos X que se usan en Radiologa y peor an enRadioterapia.

Cuando se trabaja a aproximadamente 70 kVp, los tubos radiogrficos de finesgenricos producen intensidades de rayos X de alrededor de 5 mR/mAs (de 75 a150 C/kg/mAs) para una distancia de receptor fuente-imagen de 100 cm.

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Cantidad de rayos XFactores que influyen sobre la cantidad de rayos XLos factores con un efecto claro sobre la cantidad de rayos X son cuatro:1. Corriente instantnea mAs,2. Tensin de pico kVp,3. Distancia fuente-imagen (DFI) y4. Filtracin.

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Cantidad de rayos XMiliamperios por segundo.La cantidad de rayos X es directamente proporcional a la corrienteinstantnea mAs.

Cuando se duplica la corriente, se dobla tambin el nmero de electronesemitidos.

En la ecuacin se muestra la relacin existente entre la intensidad en R omR y la corriente instantnea en mAs.

1 1

2 2

mAsmAs

R o mRmAs=miliamperios segundo

III

=

=

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Cantidad de rayos XkVpEl cambio en la cantidad de rayos X es proporcional al cuadrado de latensin de pico kVp.

Si se duplica esta kVp, la intensidad de rayos X se incrementa en unfactor cuatro.

En trminos matemticos se expresa del siguiente modo:

I1 e I2 son las intensidades de rayos X a kVp1 y kVp2, respectivamente.

2

1 1

2 2

kVpkVp

II

=

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Cantidad de rayos XEn la prctica clnica, los factores tcnicos se eligen dentro de un rangorelativamente estrecho de valores, comprendido entre 40 y 150 kVp.

Tericamente, para duplicar la cantidad de rayos X manipulando slo latensin debera aumentarse kVp en un 41%. En la prctica, el incrementodel 41% no funciona.

Al incrementarse kVp, tambin aumenta la capacidad de penetracin delhaz de rayos X, lo que hace que los rayos X sean poco absorbidos por elpaciente.

Cuando aumenta la cantidad de estos rayos que llegan al paciente, stano interacciona con los tejidos y no imprime la imagen radiogrfica.

Para mantener una exposicin constante de la pelcula, el aumento del15% de la tensin kVp debe ir acompaada de una disminucin a la mitadde la corriente en mAs.

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Cantidad de rayos XDistancia (Ley de la inverso del cuadrado)La intensidad de radiacin de un tubo de rayos X varainversamente con el cuadrado de la distancia al blanco.

Esta relacin se conoce como ley de la inversa delcuadrado.

En trminos matemticos se expresa como:( )( )

221

22 1

dII d

=

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Cantidad de rayos XFiltracinLos equipos de rayos X tienen filtros metlicos, por lo general de Al y de 1 a3 mm de espesor, interpuestos en el haz til. Estos filtros tienen porfinalidad reducir el nmero de rayos de baja energa que llegue al paciente.

Los rayos X de baja energa en nada contribuyen a la calidad diagnsticade las radiografas. Al contrario elevan innecesariamente la dosis recibidapor el paciente, ya que son absorbidos por el tejido superficial y no alcanzanla pelcula.

Cuando se interpone un filtro en el haz til de rayos X, se reduce la dosisque recibe el paciente al contener el haz til menos rayos X de bajaenerga.

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Cantidad de rayos XEJERCICIO:1. Una radiografa lateral de trax necesita como factores

tcnicos 110 kVp y 10 mAs, que producen unaintensidad de rayos X de 32 mR (8,3 uC/kg) en elpaciente. Si la corriente aumenta a 15 mA, cul serla intensidad de rayos X?

2. El factor tcnico radiogrfico de un examen de riones-urteres-vejiga es 74 kVp y 60 mAs. El resultado esuna exposicin de 248 mR. Cul ser la exposicinpotencial si se reduce la corriente a 45 mAs?

3. Una radiografa se toma a 74 kVp y 100 mAs. Cantoselectrones interaccionan con el blanco, sabiendo que1 C=6,25x1018 electrones?.

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Cantidad de rayos XEJERCICIO:4. Si la intensidad de salida radiogrfica es de 6,2 mR/mAs,

cuntos electrones se requieren para producir 1 mR?5. Los factores tcnicos que necesita una radiografa

lateral de trax son 110 kVp y 10 mAs, de lo queresulta una intensidad de rayos X de 32 mR. Culsera la intensidad si se elevara el kVp hasta 125 y semantuviera constante el mAs?

6. Supngase que se examina una extremidad con unatcnica que requiere 58 kVp a 8 mAs, en virtud de locual se produce una intensidad de rayos X de 24 mR.Si el factor tcnico se modifica hasta 54 kVp para 8mAs, cul ser entonces la intensidad de rayos X?

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Cantidad de rayos XEJERCICIO:7. Supngase que se aplican factores tcnicos radiogrficos de 80 kVp

a 30 mAs, de lo que resulta una intensidad de rayos X de 135 mR.Cul sera la intensidad esperada sis se incrementara el kVphasta 92 kVp y se redujera mAs a la mitad?

8. Un examen mediante un equipo porttil de rayos X se realizanormalmente a 100 cm DFI y el resultado es una exposicin de12,5 mR en el plano de la pelcula. Si en una situacindeterminada la DFI mxima que puede obtenerse es de 91 cm,cul ser la intensidad de radiacin en el plano de la pelcula?

9. Se realiza un examen posteroanterior de trax (120 kVp a 3 mAs)con un equipo radiogrfico a una DFI de 300 cm. La intensidad enel receptor de imagen es de 12 mR. Si se aplica esta mismatcnica con una DFI de 100 cm, cul ser la intensidad de rayosX resultante?

EMISIN DE RAYOS X CALIDAD DE

RAYOS X

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Calidad de rayos XCapacidad de penetracin

Si se aumenta la energa del haz de rayos X, tambin seincrementa su capacidad de penetracin.

La capacidad de penetracin est relacionada con laatenuacin de los rayos X cuando interaccionan con el tejido.

Los haces de rayos X de alta energa penetran en la materiamucho ms que los de baja energa.

La capacidad o poder de penetracin de un haz de rayos X sedenomina calidad de los rayos X.

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Calidad de rayos XUn haz de rayos X de gran penetracin se denomina haz de alta calidad oduro; cuando posee baja capacidad de penetracin, el haz se dice debaja calidad o blando.

La calidad de un haz de rayos X se identifica numricamente por el filtrohemirreductor.

Este filtro se ve afectado por la tensin kVp y la filtracin del haz til. Porlo tanto, la calidad del haz de rayos X est influenciada por la kVp y lafiltracin utilizadas.

Los factores que influyen sobre la calidad del haz tambin tienen efectosobre el contraste de la pelcula radiogrfica.

En cambio, la distancia y la corriente mAs no afectan a la calidad de laradiacin, sino a la cantidad de la misma.

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Calidad de rayos XFiltro hemirreductor (FHR)Los rayos X de alta energa poseen un poder de penetracin notablementesuperior al de los de energa baja.Si un rayo X de 100 keV es atenuado aproximadamente en un 3% porcentmetro de tejido blando, un rayo de 10 keV se absorbe a un ritmo de un15% por centmetro.

Los rayos X de cualquier energa son ms penetrantes en tejido de nmeroatmico bajo, como la piel o los msculos, que en sustancias de nmeroatmico elevado, como son los huesos.

En Radiologa, la calidad de rayos X se caracteriza por el filtrohemirreductor.

El filtro hemirreductor de un haz de rayos X est relacionado con elespesor de material absorbente necesario para reducir la intensidad delhaz a la mitad de su valor inicial.

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Calidad de rayos XEl filtro hemirreductor es, por tanto, una caracterstica del haz de rayos X.

Un haz de rayos X utilizado habitualmente en radiologa tiene un FHRcomprendido entre 3 y 5 mm de Al o entre 4 y 8 cm de tejido blando.

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Calidad de rayos X

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Factores que influyen sobre la calidad de rayos X

KilotensinAl aumentar la tensin, tambin lo hace el poder depenetracin y por tanto el filtro hemirreductor.

Un aumento de kVp produce un desplazamiento delespectro de emisin del haz de rayos X hacia la banda dealta energa, lo que incrementa la energa del haz y sucapacidad de penetracin.

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FiltracinEl principal objetivo de la filtracin del haz de rayos X consiste en eliminarde forma selectiva los rayos de baja energa sin posibilidades de alcanzarla pelcula.

Todos los haces con filtracin ideal deberan tener la misma energa, o sermonoenergticos.

Es deseable eliminar por completo los fotones de energa inferior a unumbral mnimo por el tipo de examen Radiolgico, con el fin de reducir ladosis de exposicin al paciente.

Tambin es deseable eliminar los rayos X con energas por encima de uncierto nivel, para mejorar el contraste. Por desgracia no es posible lograruna eliminacin total de ciertas regiones del haz de rayos X.

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A medida que aumenta la filtracin, mejora la calidad del haz pero se reduce sucantidad.

Para filtrar los rayos X sirve casi cualquier material.

Se ha elegido el aluminio por su eficacia a la hora de eliminar los rayos X de bajaenerga por efecto fotoelctrico y, tambin por su precio bajo y su ductilidad, quepermite crear filtros con facilidad.

Otros materiales usados ocasionalmente son: Cobre (Z=29), Estao (Z=50),Gadolinio (Z=64) y Holmio (Z=67).

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La filtracin de los haces de rayos X utilizados con fines diagnsticotienen dos componentes: 1. Filtracin inherente y 2. Filtracin aadida.

La cpsula de vidrio del tubo de rayos X filtra el haz emergente, unfenmeno que se conoce como filtracin inherente.

La inspeccin de un tubo de rayos X revelara que la parte del mismo pordonde emerge el haz de rayos X, la ventana, es de cristal fino. Se utilizaeste tipo de cristal para que la filtracin inherente sea pequea.

La filtracin inherente de un tubo normal de rayos X equivale a 0,5 mm deAl. Con el tiempo tiende a aumentar segn se va depositando en lasparedes del cristal una parte del wolframio vaporizado procedente delfilamento y del blanco.

Algunos tubos de usos especiales, como los que se emplean enmamografa, tienen ventanas muy finas, a veces de Berilio (Z=4) y no devidrio, con una filtracin inherente aproximada de 0,1 mm de Al.

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La filtracin aadida se debe a la interposicin de lminas de aluminioentre la carcasa protectora del tubo y la carcasa externa o colimador.

Al colocar un filtro en el camino del haz, los rayos X se atenan sea cualsea su energa, si bien este efecto es mayor en los rayos menosenergticos.

En virtud de ello, el espectro de emisin de los rayos X se desplaza haciala banda de alta energa, lo que tiene como consecuencia la produccinde un haz de mayor energa eficaz, poder de penetracin y calidad.

La filtracin aadida provoca un aumento del valor del filtro hemirreductor.El ritmo de aumento de este filtro hemirreductor no se puede predecir, ancuando se conozca el grosor del filtro aadido.

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La filtracin aadida suele provenir de dos fuentes y equivale a 2-3 mm dealuminio.

En primer lugar entre la salida de la carcasa del tubo y el colimador seinstala permanentemente un filtro de aluminio de 1 a 2 mm de espesor.

Si el colimador es de tipo convencional, con abertura variable y luzlocalizadora, aporta una filtracin aadida equivalente a 1 mm dealuminio. Esta filtracin se debe a la superficie plateada del espejo delcolimador.

Una de las tareas ms difciles que afronta el tcnico radilogo es la deobtener una imagen uniforme de densidad media cuando se examina unaparte del cuerpo con grandes variaciones de grosor o composicin detejidos, como por ejemplo, para una placa radiogrfica posterior de trax.

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Esta diferencia de densidad puede compensarse con un filtrotal que su parte ms delgada se coloque sobre el lado demayor espesor o mayor densidad.

Un filtro as utilizado se denomina de compensacin, ya quecompensa las diferencias de radiopacidad del sujeto.

Los filtros de compensacin se pueden fabricar de diferentesmaneras, y por tanto existen en el mercado de diversostamaos y formas.

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Unidad 1 - Produccion y Emision de Rayos x.

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