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Enrique Añorbe, RADIOLOGÍA Y MEDICINA 2-02-
BLOQUE I: RADIOLOGÍA Y MEDICINA NUCLEAR
TEMA 1: FÍSICA I
ÍNDICE
- iNTRODUCCIÓN
- GENERACIÓN DE RAYOS X 2.1. Cátodo 2.2. Ánodo
- CARACTERÍSTICAS DEL TUBO
- PROPIEDADES DE LOS RAYOS X 4.1. Poder de penetración 4.2. Efecto luminiscente 4.3. Efecto fotográfico 4.4. Efecto ionizante 4.5. Efecto biológico
- IMAGEN RADIOGRÁFICA 5.1. Calidad de imagen www. radiologiaparaestudiantes. com Es una página web que ha hecho el profesor en las que aparecen radiografías que pueden aparecer en el examen práctico: 5 casos clínicos con imágenes de radiodiagnóstico (reconocimiento de la técnica, interpretación de la imagen, diagnóstico diferencial y posible diagnóstico final) 1 caso de medicina nuclear, y 1 caso clínico de radioterapia, 30%. Es necesario superar cada parte de forma independiente: teoría y práctica; ausencia de 0 en alguna pregunta.
1. INTRODUCCIÓN
Los rayos X como la luz, son ondas que pertenecen al espectro de la radiación electromagnética, pero tienen mucha más energía que la luz visible. La radiación electromagnética tiene comportamientos a la vez de partícula y de onda. ● Como partícula, la radiación EM se representa como un flujo de paquetes o cuántos de energía llamados fotones que viajan en línea recta. ● Como onda, la radiación EM se representa como dos campos -eléctrico y magnético- trasversales que varían sinusoidalmente. Tiene la misma velocidad que la luz (300.000 km /s). Incluye ondas de radio, microondas, luz visible... La energía de los rayos está determinada por la frecuencia. Cuanto más alta sea la frecuencia, más corta es la longitud de la onda y más energía tiene, es decir, la energía es proporcional a la frecuencia e inversamente proporcional a la longitud de onda. Los rayos X tienen una gran energía con una longitud de onda pequeña. Por lo tanto la energía es proporcional a la frecuencia e inversamente proporcional a la longitud de onda.
Enrique Añorbe, RADIOLOGÍA Y MEDICINA 2-02- En la imagen de al lado podemos ver todo el espectro , dónde vemos abajo ondas largas, ondas medias, la televisión, los infrarrojos, la telefonía móvil y la luz visible, y arriba tenemos los rayos X y los rayos gamma. Tienen un comportamiento dual : ● Como fotón o partícula de energía sin soporte material ni carga eléctrica, equivalente a una energía cinética. Explica los fenómenos de interacción con la materia ● Como onda: explica los fenómenos de interferencia, difracción y refracción
2. GENERACIÓN DE RAYOS X
Un aparato va a producir los rayos X (generador de corriente de alto kilovoltaje entre 40 kev (mamografía) y 120 kev (tórax)). Los rayos X van a atravesar el cuerpo humano y unos rayos se van a quedar dentro del cuerpo humano y otros rayos lo van a atravesar. Según la estructura que atraviesen sale una cantidad diferente de rayos y eso se plasmará en una imagen. Antes era una placa y ahora es un monitor, porque hay detectores digitales. Dentro del generador de rayos X hay un tubo de cristal al vacío, y dentro habrá 2 partes, una que se llama cátodo ( electrodo negativo) y otra que se llama ánodo ( electrodo positivo). Entre el cátodo y el ánodo debe haber una diferencia de potencial muy grande para conseguir que los electrones vayan del cátodo al ánodo (del negativo al positivo). El cátodo se calienta mediante una corriente aparte (mediante un aparato eléctrico que genera corriente), y al calentarse suelta electrones. Los electrones, al haber una gran diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo irán a este último. Los electrones al impactar contra el ánodo generan los rayos X. Si le damos mucha corriente al cátodo saldrán más electrones. El tubo en el que se encuentran el cátodo y el ánodo tiene que estar al vacío porque si hay gases los electrones chocan contra los gases y se alteran. 2.1. CÁTODO El cátodo es un filamento , dónde encontramos unos muelles. Hay dos muelles o alambres, un foco fino y un foco grueso. ● Foco fino : para que la imagen tenga mucha nitidez , mucho contraste. No aguanta el suficiente calor para radiografiar cosas con mucho volumen. ● Foco grueso: para radiografiar cosas voluminosas , aguanta mejor el calor que el foco fino.
Enrique Añorbe, RADIOLOGÍA Y MEDICINA 2-02- Los aparatos de rayos son los aparatos más ineficientes que puede haber en el mundo, aproximadamente el 99% de la energía que se genera es calor (porque los electrones chocan con muchos átomos y los electrones no llegan a salir sólo se excitan vuelven a su capa y liberan energía termoiónica) y sólo el 1% son rayos. El ánodo, al igual que el cátodo, en la mayoría de las ocasiones, está formado por tungsteno (o wolframio). Este material fue aislado por primera vez por los hermanos Elhuyar. Para las mamografías sin embargo, se utiliza el molibdeno debido a la radiación característica (pasar un electrón de una capa a otra), ya que utilizando el molibdeno se crean rayos de menor energía y nos interesa obtener una imagen con mayor detalle. La energía de los rayos X depende de: ● La diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo. Si entre el ánodo y el cátodo hay una gran diferencia de potencial los electrones van a ir más rápido y van a crear rayos de más energía. ● El material del ánodo , si es de molibdeno (rayos de menor energía) o de tungsteno. La cantidad de rayos depende de: ○ Cuánto calentemos el cátodo. Si calentamos mucho el cátodo salen muchos electrones y tendremos muchos rayos. ● La cantidad de rayos se mide en miliamperios por segundo (mA/s), por lo que también influirá en la cantidad de rayos que se generen el tiempo de exposición (mA/s) El ánodo puede ser: ○ Estacionario : para cuando usemos técnicas que necesitan poco rayo. ○ Rotatorios: es lo habitual. El ánodo empieza a girar y se emiten los rayos. El ánodo tiene que aguantar los 2000 oC. Este es el gran problema de los tubos de rayos, conseguir disipar el alto calor, para eso se utilizan los tubos giratorios , porque así hay mucho sitio donde van a golpear los electrones y hay mucho más material para disipar el calor. (estacionario)
Enrique Añorbe, RADIOLOGÍA Y MEDICINA 2-02- El lugar donde golpean los electrones en el ánodo, lo ideal es que sea pequeño, igual que el foco, para que luego la imagen sea muy nítida. Pero si golpean en un sitio muy pequeño no se disipa bien el calor, se calienta mucho y se estropea, por lo que por esa parte nos interesa que golpee en un sitio grande. Por ello los ánodos están inclinados por lo que tendremos un foco real (que será el pequeño, dónde chocarán los electrones) y un foco aparente (para disipar el calor). Debido a la inclinación los rayos que salen no salen todos iguales, porque al salir en inclinación parte de los rayos se los come el ánodo y entonces los rayos de esa zona tienen menos energía. A esto se le llama efecto talón. Para conseguir que los rayos sean homogéneos habrá que colocar filtros. Efecto talón : Variación de la intensidad de la radiación emitida, dependiendo del ángulo con que se emite respecto al ánodo. La intensidad del haz disminuye rápidamente desde el rayo central hasta el ánodo, debido en parte a que los rayos producidos a una pequeña profundidad del ánodo deben atravesar un mayor espesor hasta la superficie y por ello se atenúan. En consecuencia, en las imágenes radiográficas, la parte del objeto situada en el lado anódico puede aparentar una mayor capacidad de atenuación, al ser de menor energía la radiación que incide en esta zona.
3. CARACTERÍSTICAS DEL TUBO El cátodo y el ánodo se meten en un tubo de cristal al vacío (ampolla de vidrio), y ese tubo de cristal hay que meterlo en un tubo de plomo (blindaje) para que no salgan los rayos en todas las direcciones, dejando una ventanita por donde queremos que salgan los rayos. En esa ventana tendremos que poner unas láminas para filtrar aquellos rayos que no nos interesen. Por último tenemos los colimadores, que son unas láminas para estrechar la salida de los rayos, que se mueven con una rueda limitando la zona que queremos irradiar. A su vez, de entre los dos colimadores se proyecta una luz para iluminar la zona que se va a irradiar y facilitar su limitación, radiando lo menos posible. También hay aparatos eléctricos para generar la energía eléctrica, de los cuales saldrá un cableado hacia el tubo para llevar los miles de voltios necesarios para calentar el cátodo. En la sala de rayos hay unos raíles en el techo para poder mover la máquina de rayos. Las paredes están plomadas para proteger de la radiación dispersa, porque aunque los rayos estén dirigidos hacia un punto se dispersan hacia todos los lados.
Enrique Añorbe, RADIOLOGÍA Y MEDICINA 2-02- El efecto fotoeléctrico , nos va a permitir ver la diferencia de contraste entre los distintos tejidos (el calcio de los huesos tiene mayor número atómico de la sustancia y ocurrirá el efecto fotoeléctrico). La imagen radiológica se crea con los fotones que atraviesan el paciente, pero tendremos los fotones que se dispersan y que llegan a la placa también, pero que ensuciarán la imagen radiológica. La absorción es proporcional al número atómico elevado a la 3º potencia y la densidad de la materia. Los materiales con mayor número atómico absorben más los rayos X y se van a ver más radiopaco (blanco). A su vez, si la energía de los fotones es alta se reduce la absorción (a más energía menos contraste). Lo malo del efecto fotoeléctrico es que el paciente se queda con toda la radiación (esto no es un problema en el caso de las prótesis, el hecho de que las prótesis absorban los rayos no afecta al paciente) dando lugar a efectos secundarios como mutaciones. 4.2. EFECTO LUMINISCENTE Al actuar con según qué partículas se genera luz. Hay sustancias que emiten luz al ser bombardeadas por rayos X: fluorescencia. Incluso continúan emitiendo luz tras cesar la radiación: fosforescencia. “Lo que le pasó a - en el laboratorio” 4.3. EFECTO FOTOGRÁFICO Al actuar los rayos X sobre una emulsión fotográfica (halogenuro de plata), tras la fijación y el revelado, se enegrece dependiendo de la cantidad de rayos que haya recibido. Las radiografías de antes había que meterlas en el cuarto oscuro con la luz roja, pasarlas por el fijador y pasarlas por el revelador. Más tarde se inventó un aparato que los pasos que se hacían en el cuarto oscuro los hacía automáticamente él sólo. Las radiografías son blancas en un principio y tras la fijación y el revelado, dependiendo de la cantidad de rayos recibidos se enegrecerán. Este efecto hoy en día no nos interesa porque ya no se fija, ni se revela la radiografía.
Enrique Añorbe, RADIOLOGÍA Y MEDICINA 2-02- 4.4. EFECTO IONIZANTE Se van a ionizar los tejidos con sus efectos secundarios negativos. 4.5. EFECTO BIOLÓGICO Secundario a la ionización. Hoy en día, para evitar lo máximo posible estos efectos: ● Se intenta reducir el número de radiografías o exploraciones radiológicas, aunque no se consigue. ● Hay que intentar justificar siempre el motivo de la exploración, no hacer exploraciones sin sentido. ● Si es posible utilizar técnicas radiológicas no ionizantes , sobre todo en niños que son más sensibles a la radiación. ● Intentar optimizar la tecnología → intentar conseguir las mismas imágenes con menos dosis. ● Criterio A.L.A.R.A (=as low as reasonable achievable) → tan bajo como sea razonablemente alcanzable
5. IMÁGEN RADIOGRÁFICA
La radiografía convencional es una técnica de obtención de imágenes por transmisión que permite producir una representación bidimensional de un objeto tridimensional. La radiación emitida por un tubo de RX atraviesa la zona a explorar y alcanza después el detector. El haz emitido por el tubo tiene una distribución de intensidad esencialmente uniforme antes de incidir sobre el paciente, y la absorción y dispersión de fotones al interaccionar con los tejidos dan lugar a una alteración de dicho haz, que contiene información sobre las estructuras atravesadas. Su registro en el sistema de imagen es lo que se conoce como radiografía. La imagen obtenida tiene que ser fiel al objeto y dar la máxima información posible → CALIDAD DE LA IMAGEN 5.1. CALIDAD DE LA IMAGEN Tiene que haber: ● Resolución espacial : nos permite ver objetos pequeños, detalles finos, es decir, hace referencia a la nitidez. Nos permite ver dónde acaba una estructura y dónde empieza otra. ● Resolución de contraste : nos permite distinguir estructuras diferentes con densidad parecida Factores que influyen en la calidad de la imagen: ● Espectro de los rayos X: hace referencia a la energía de los rayos X. El espectro contínuo (depende del kV) y el característico (depende del ánodo). ○ Cuanto más kilovoltaje los rayos van con más energía, van a atravesar más cosas, y va a haber menos contraste. Esto se utiliza en el tórax (se distingue muy bien entre hueso y el aire (estructura heterogéneas), pero muy mal las partes blandas) o en la radiografía lateral de cadera. ○ Sin embargo en la mamografía si queremos diferenciar muy bien las partes blandas (porque son muy homogéneas), se usarán rayos de baja energía (con menor penetración y mayor contraste entre los tejidos) y por eso se utilizan ánodos de molibdeno.
