Técnicas de diagnóstico por imagen: rayos X y principios físicos

Técnicas de diagnóstico por imagen: Rayos X

Repaso: Principios Físicos

Espectro electromagnético Tipos de Radiación EM: Fuentes Torre eléctrica Antena Teléfono móvil Horno microondas Luz solar Radiación ionizante 103 Km · Longitud de onda · Frecuencia 10 103 0 Hz 100 104 106 10% 10 10 10 12 1014 10 15 10 18 10 70 10 22 Radiación no ionizante Radiación ionizante · Energía (Kev) Energía + Longitud de onda El núcleo está formado por Z protones y A-Z neutrones (N). A estas partículas se las conoce como nucleones. Atomo Electrón Núcleo (protones + neutrones) un átomo puede perder electrones. El átomo sigue siendo el mismo pero queda cargado positivamente.

Radiación Ionizante

• Radiaciones con energía suficiente para ionizar la materia.
• Energía suficiente como para romper las uniones moleculares, formando iones.
• Son radiaciones electromagnéticas o flujos de partículas. Átomo: unidad estructural de la materia

Partícula Alfa · Partícula Beta O Rayo Gamma · Neutrón Los fenómenos físicos asociados a la Radiación EM sólo se pueden explicar sí se le asocia una dualidad en el comportamiento.

• Onda
• Partícula o corpúsculo = FOTÓN Radiación EM: propagación de energía sin el soporte de un medio material. 2 Está formada por dos campos, eléctrico (E) y magnético (B), que se encuentran en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares. 0 X 21 La velocidad de propagación en el vacío de las ondas EM es constante: C = 3 x 108 m/s U.V Rayos x Rayos Y Radio A.M. TV Infrarrojo Luz visible Radar Ondas de Radio Microondas Radar La corteza electrónica está formado por Z electrones cuando el átomo está neutro. 1Técnicas de diagnóstico por imagen Clase 2 : Rayos X SE COMPORTA COMO DOS COSAS, ONDA Y PARTÍCULA ELECTROMAGNÉTICO TODOS PERO IONIZANTE SOLO LOS RAYOS GAMMA.

Fotón: corpúsculo de energía sín soporte material ní carga eléctrica, equivalente a una energía cinética: El carácter ondulatorio explica los fenómenos de interferencia, difracción y refracción. El carácter corpuscular explica los fenómenos de interacción con la materia.

Blindaje y Distancia en Radiación

TIEMPO BLINDAJE DISTANCIA operador-espesor material absorbente-radiación

• Tiempo -Dosis de radiación LEY INVERSA DEL CUADRADO Personal cualificado->menor tiempo posible A A 50 cm A 100 cm 150 cm

Introducción Histórica de los Rayos X

Contexto Histórico

• Los rayos X fueron descubiertos por Wilhelm Conrad Röntgen en 1895
• Röntgen descubrió los rayos X de manera casual al observar la fluorescencia de una pantalla de platinocianuro de bario causada por una radiación desconocida
• Este hallazgo inesperado fue confirmado por Roentgen colocando la mano de su mujer sobre una funda que contenía una placa fotográfica y haciendo una exposición ide 15 minutos! Los huesos se veían blancos en la placa revelada, contrastando con la carne que los rodea que aparecía más oscura

Etapa Heroica

1895: Descubrimiento de los RX 1897: Antonie Beclere: acuña el término de Radiología 1915: Creación sociedad de Española de Electrología y Radiología Médicas 1948: Ecografía diagnóstica 1949: Gammagrafía 1963: SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) 1971: TOMOGRAFÍA COMPUTADA (TC)

Principios Físicos de la Radiación

Radiaciones Ionizantes

Partículas Rayos

• Alfa: 2 protones + 2 neutrones
• Gamma (Y): proceden del núcleo de los átomos de los elementos radiactivos.
• Beta: electrones o positrones
• Neutrones
• X: proceden de interacciones con los electrones orbitales de los átomos

Características de la Radiación

FRECUENCIA->Nº de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier evento periódico. LONGITUD DE ONDA->Distancia entre partes correspondientes de la onda (Lambda ) ENERGÍA DE ONDA > E = hc/d. Se mide en electronvoltios 2 -Técnicas de diagnóstico por imagen clase 2 : Rayos X Longitud de onda (2) BAJAS FRECUENCIAS . λ ALTAS FRECUENCIAS

Rayos X

Generación de Rayos X

1 Generador de alto vitaje Cátodo Haz de electrones Filamento Tubo de vidrio Rayos X .... W Electror - Catoda + Anoda Ánodo 1 Colimadoc su función es controlar la anchura del haz de rayos x producido. 5 V 2 Radiación dispersa Rejilla antidifusora Placa radiográfica 3 4

1. Producción de rayos X, con gran poder de ionización.
2. La radiación atraviesa el cuerpo del paciente.
3. Los distintos tejidos absorben la radiación en distintos grados.
4. La radiación que logra atravesar los tejidos impresiona la placa radiográfica.
5. Al revelar la placa se ve una imagen en escala de grises que representa a las distintas estructuras del cuerpo. La placa de tórax (excepto en neumotórax y cuerpo extraño) - Siempre es inspiración.

Cómo se Producen los Rayos X

Los Rayos X se producen a partir de Corriente eléctrica "estándar" en 2 circuitos eléctricos: Rodamientos Anodo Rotatorio de Wolframio Carcasa de Vidrio Armazón Circuito del Filamento ANODO + - CATODO Pieza Giratoria Filamento Base del Ánodo Nube de Electrones RAYOS X Circuito de baja energía - - Circuito de alta energía Baja energía: Filamento cátodo (producción e-) MAS Alta energía: Diferencia cátodo-ánodo Acelera los e- y los choca contra el ánodo (producción Rayos X) REV 3 t Blindaje de plomo La radiografía del abuelo de MaiteTécnicas de diagnóstico por imagen Clase 2 : Rayos X Por la diferencia de la carga de electrones, los electrones van hacía el ánodo (alta energía) produciendo que el movimiento conlleve a la creación de la radiación ( enfocada gracias al blindaje, en la zona del cuerpo a estudiar)

• Electrones a parte de encerrados al vacío, se añade un blindaje abierto por un lado para poder dirigir hacía fuera la radiación, (los electrones se desvian y el blindaje hace que salga solo por un lado).
• Fenómenos físicos: Radiación y calor.
• Colimadores: abren o cierran los orifícios de Los rayos ( dependiendo de la zona a estudiar, necesidad de ampliar el diámetro de zona que irradia) Electrons Tungsten target Evacuated envelope Copper anode Heated tungsten filament-cathode + 000 voltage voltage + - High voltage source x-rays

Qué Pasa Cuando los Electrones Chocan Contra el Ánodo

Filamento (F) Cátodo (C) Nube electrónica Ánodo (A) Blanco de W (B) (mancha focal) electrones Tamaño de foco real + IX Tamaño de foco aparente Electrones proyectil Calor 99%

• La generación de rayos X se fundamenta en la producción de radiación de frenado.
• Esta radiación se consigue impactando e- sobre un material de alto Z (ánodo). Estos e- proceden de un filamento al que se hace pasar corriente eléctrica (cátodo).
• Se les acelera en un tubo de vacío, para ello se aplica una diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo. 2 fenómenos: calor (99%) Producción de Rayos X
• Radiación de frenado (la mayoría)
• Radiación característica corriente del tubo + alto voltaje 1 + blanco de W sistema de enfoque ampolla de vacío ánodo suministro del filamento Tubo de rayos X Tubo de rayos X cátodo COLIMADOR COLIMADOR COLIMADOR COLIMADOR filamento ·flujo de electrones Ionización Radiación Característica 4 % Electrones proyectil 0 Bremsstrahlung 0 Radiación de Frenado RAYOS X 4 Ventana de berilo Tubo de vacío (T)(de vidrio) Haz útil de rayos X (H) Circuito de refrigeración Electrones proyectil -Técnicas de diagnóstico por imagen Clase 2 : Rayos X alta energia Anodo los é chocan contra el anado 4 filamentos la baja energia como hay blindaje solo sale y salen los rayos x por la ventana 0 Los rayos X se emiten y se dispersan desde el blanco con aproximadamente la misma intensidad en todas las direcciones. El tubo de rayos X tiene un blindaje frente a la radiación que lo rodea totalmente dejando sólo un pequeño orifício para la salida de RX En esta zona hay unas rejillas (parrillas antidifusoras) que atrapan los RX más desviados y un sistema de apertura-cierre (COLIMADOR) que permite adaptar el orifício a la zona que queremos estudiar.

Cómo Interactúan los Rayos X con el Cuerpo

Los Rx atraviesan las distintas estructuras y sufren diferentes procesos:

• ABSORCIÓN (no atraviesan)
• ATENUACIÓN (pierden energía) Cundo un haz de fotones (rayos X o radiación) atraviesa un material se observa una disminución en el número de estos o Llegan la materia No ( fotones/cm2 x s) o El número de fotones que atraviesa el espesor x es N que viene dado por La ley de atenuación o Donde u (m-1) se conoce como el coeficiente de atenuación lineal! y depende de la energía de los fotones y del material absorbente.
• DISPERSIÓN (pierden energía y se desvían)
• NO INTERACCIÓN Interacción fotón-materia.
• Parte son absorbidos
• Parte son dispersados. DISPERSIÓN FOTONES ABSORCIÓN ATENUACIÓN DISPERSIÓN dx N H1 I N-d 5Técnicas de diagnóstico por imagen Clase 2 : Rayos X

Efectos Físicos de los Rayos X para la Formación de la Imagen Radiográfica

Haz de fotones transmitido que alcanza el sistema de registro de la imagen. Nos centramos en 2 efectos posibles que se producen en el paciente: Electron libre (h·v) - E. · Efecto fotoeléctrico. Fotón Inek (h-v) Electrón libre Nucleo Fotón y (hv) Fotón y' (h-v) 2 cosas que pasan en el cuerpo humano con los rayos x La imagen radiológica se forma:

• Haz de fotones transmitido que alcanza el sistema de registro de la imagen. Puede ser :
• Primario (sin interacción)
• Secundarios (1. compton) Compromiso en el voltaje elegido:

Efecto Fotoeléctrico

Formación de la imagen: muy buena

• Aumenta el contraste natural entre distintos tejidos (~Z3)
• No hay radiación dispersa (mejora en el contraste)
• Alta dosis al paciente: toda la energía es absorbida.

Efecto Compton

Formación de la imagen:

• Menos contraste entre tejidos (~Z) Hay mucha radiación dispersa (velo uniforme que deteriora el contraste)
• Mejora del contraste empleando rejillas antidifusoras.
• Baja dosis al paciente: solo es absorbida una parte de la energía

Formación de la Imagen Radiológica

La imagen radiológica se forma con el haz de fotones transmitido por el paciente que alcanza el sistema de registro de la imagen. Esos fotones pueden ser, bien los fotones primarios que han pasado a través del paciente sin interaccionar, o bien los fotones dispersados originados en los procesos de interacción compton en el paciente. Los fotones primarios son los que transportan la información más útil, ya que su intensidad en cada parte del haz transmitido depende de las diferencias de absorción de las diferencias de absorción de los fotones incidentes producidas en los tejidos atravesados Rayos X formadores de la imagen - Receptor de imagen

Densidades Radiológicas

Densidades dependen del Z de cada tejido que determina una diferente absorción de la radiación.

Correspondencia de Densidad y Tono en Escala de Grises

6 Núcleo · Efecto Compton. + común