Curso Rayos X - Apuntes de Electromedicina Xavier Pardell

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Curso Rayos X

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Objetivos

Que los técnicos conozcan los fundamentos físicos de los rayos X y comprendan la diferencia respecto otros tipos de radiación.

• Proporcionar información sobre la producción de los rayos X y los componentes principales y sus variedades del tubo de rayos X.

• Conocer las características técnicas y efectos biológicos de la radiación X.  

Fundamentos  físicos  rayos  X    

El  espectro   electromagnético   es   el   conjunto   de   todas   las   posibles   ondas  
electromagnéticas,   des   de   la   mayor   frecuencia   como   las   radiaciones   gamma   o   rayos  
X,  hasta  las  de  menor  frecuencia,  como  las  ondas  de  radio  o  las  microondas.  
El   espectro   electromagnético   muestra   la   distribución   energética   de   las   diferentes  
ondas   electromagnéticas,   y   proporciona   mucha   información   de   las   propiedades  
físicas   de   un   objeto.   La   diferencia   entre   los   distintos   tipos   de   radiación   se   determina  
mediante   tres   parámetros:   la   longitud   de   onda,   la   frecuencia   y   la   energía.   Las   ondas  
electromagnéticas   de   alta   frecuencia   tienen   una   longitud   de   onda   corta   y   una   alta  
energía;   las   ondas   de   baja   frecuencia   tienen   una   longitud   de   onda   larga   y   baja energía.   


Los rayos  x  corresponden  a  radiación  con   una   energía   menor   que   los   rayos   gamma,    
pero   una   energía   superior   que   los   rayos   ultraviolados.  Se caracterizan por presentar una  longitud  de   onda   comprendida  entre  10  nanómetros  i  100   picometros,   que    
corresponde a una energía  del  orden  de  1 a  100 kiloelectronvolts.      


Producción  de  rayos  X    

Los   rayos   X   son   generados   en   un   dispositivo   conocido   como   tubo   de   rayos   X.   En   este  
tubo   los   electrones   son   acelerados   y   posteriormente   frenados   bruscamente,   de  
manera   que   con   este   procedimiento   se   consigue   obtener   los   fotones   que  
constituyen   la   radiación   ionizante   utilizada   en   radiodiagnóstico.   El   tubo   de   rayos   X  
consta   de   un   filamento   metálico,   el   cátodo,   que   al   ponerse   incandescente   produce  
una   nube   de   electrones   a   su   alrededor.   Una   elevada   diferencia   de   potencial   (kV)  
entre   los   extremos   del   tubo   (ánodo   y   cátodo),   genera   una   corriente   de   electrones  
hacia   el   ánodo   donde   son   frenados   liberando   una   enorme   cantidad   de   energía  
cinética  como  fotones.    
Es   imprescindible   la   situación   de   vacío   en   el   interior   del   tubo,   para   facilitar   el  
desplazamiento   de   los   electrones   en   línea   recta   y   evitar   la   pérdida   de   estas  
partículas  subatómicas  debido  a  la  interferencia  con  otros  elementos.  
Las   características   del   haz   de   rayos   X   generados   se   regula   mediante   la   diferencia   de  
potencial   aplicada   entre   ánodo   y   cátodo   (a   mayor   valor,   mayor   capacidad   de  
penetración  en  el  tejido),  el  filtro  y  el  diafragma  utilizado.




1. Circuito  de  baja  tensión    
2. Situación  del  ánodo  
3. Filamento  del  Cátodo  
4. Lado  del  cátodo  
5. Ánodo




El   haz   de   rayos   X   producido   sale   en   dirección   mostrada   en   la   figura   atravesando   una  
parte   del   tubo   de   rayos   X,   donde   el   cristal   se   caracteriza   por   tener   un     espesor   del  
vidrio   menor   que   el   resto,   zona   denominada   ventana   de   rayos   X.   Rodeando   esta  
estructura   se   encuentra   una   carcasa   de   plomo   y   acero,   con   el   fin   de   evitar   que   los  
rayos   X   se   dispersen.   Además   es   necesario   un   sistema   de   refrigeración   en   el   ánodo,  
con  el  fin  de  disipar  el  calor  producido  del  choque  de  electrones  acelerados  contra  el  
blanco   del   ánodo,   de   toda   la   energía   empleada   en   la   producción   de   rayos   X,   el   99%  
se  convertirá  en  calor  y  sólo  el  1%  en  rayos  X.    


Tubos  de  rayos  X    

Desde   la   invención   del   tubo   de   rayos   X   el   año   1913   prácticamente   ha   permanecido  
sin   modificaciones.   La   incorporación   más   importante   es   el   del   ánodo   giratorio   frente  
al   ánodo   fijo   tradicional,   incrementando   significativamente   la   vida   útil   del   tubo   de  
rayos   X,   gracias   a   una   mayor   capacidad   para   disipar   el   calor   producido   en   el   interior
del   tubo.   Actualmente,   todos   los   tubos   de   rayos   X   empleados   son   de   ánodo    
giratorio.    
El   cátodo  o   filamento  suele  ser  una   pequeña   bobina  o   muelle   de  wolframio,  material  
elegido   por   sus   buenas   propiedades   desde   el   punto   de   vista   de   emisión   termoiónica,  
y  punto  de  fusión  elevado,  alargando  significativamente  la  vida  útil  del  tubo  de  rayos  
X.  
 
Los   electrones   obtenidos   por   efecto   termoiónico   en   el   cátodo   formado   parte   de   la  
nube   electrónica,     son   acelerados   para   chocar   con   la   placa   metálica   del   ánodo.  
Cuando   el   electrón,   pasa   próximo   del   ánodo   de   wolframio   es   atraído   por   las   cargas  
positivas,   produciendo   una   atracción   electrostática   disminuyendo   su   velocidad.   La  
energía   cinética   perdida   por   el   electrón   se   puede   emitir   en   forma   de   fotón   de   rayos  
X,   si   el   frenado   del   electrón   es   completo   el   100%   de   su   energía   cinética   dará   lugar   a  
radiación   X   y   si   el   electrón   no   varía   su   trayectoria   no   se   producirá   ninguna   emisión  
de   rayos   X.   Por   consiguiente   los   fotones   emitidos   pueden   tener   una   energía   muy  
variable,  en  función  de  las  interacciones  del  haz  de  electrones  con  el  ánodo.    

Cuanto   mayor   incandescencia   se   produzca   en   el   cátodo   o   filamento   de   tubo,   mayor  
será   el   número   de   electrones   que   saltarán   de   las   últimas   capas   electrónicas   del  
átomo  de  Wolframio  y  mayor  será  el  número  de  electrones  acelerados.  
El   Wolframio,   es   también   normalmente   el   material   empleado   para   fabricar   el   ánodo.  
En   el   caso   de   los   tubos   de   mamografía   el   material   utilizado   es   el   Molibdeno   o   Rodio-­‐
Paladio.    
 
Características  técnicas    

Un   tubo   de   rayos   X   es   alimentado   por   un   generador   de   alto   voltaje   estabilizado.   El  
potencial   aplicado   entre   el   filamento   y   el   bloque   de   metal,   junto   a   la   intensidad   de  
electrones   que   saltan   del   filamento,   determinan   las   características   de   la   distribución  
de   rayos   X   del   haz   directo.   El   voltaje   suele   variar   entre   los   10   kV   y   los   100   kV,  
mientras   que   la   intensidad   puede   variar   entre   10   y   50   mA,   para   fuentes  
convencionales   de   rayos   X.       De   esta   manera,   la   potencia   utilizada   en   una   fuente  
convencional  es  de  varios  kilowatios.  
 
Cuando   un   haz   de   rayos   X   atraviesa   la   materia,   pierde   intensidad   debido   a   la  
combinación  de  diferentes  efectos.  El  número  de  fotones  N  del  haz  resultante  puede  
obtenerse   a   partir   del   número   Nde   fotones   del   haz   incidente   sobre   un   espesor   x   de    
materia,  mediante  la  ley  general  de  atenuación:    



Donde   µ   es   el   coeficiente   lineal   de   atenuación,   que   depende   de   la   energía   del   haz   y  
del   medio.   Puesto   que   µ   presenta   valores   diferentes   para   los   distintos   tejidos   (La  
atenuación   en   el   hueso   es   mayor   que   en   el   musculo),   determina   el   contraste   entre  
diferentes   zonas   de   la   imagen   resultante.   El   haz   resultante   puede   ser   finalmente  
visualizado   mediante   pantallas   radioscópicas   o   películas   radiográficas,   que   generen  
una   imagen   en   negativo   en   la   cual   los   tejidos   que   producen   una   mayor   atenuación  
(hueso)  se  visualizan  en  blanco  y  los  de  menor  atenuación  (pulmones)  en  negro,  com  
diferentes  tonos  de  grises  para  los  casos  intermedios.  
 
Imagen  radiológica  
 
La   radiación   se   propaga   normalmente   en   línea   recta   y   produce   zonas   de   sombras  
más   o   menos   densas,   dependiendo   de   la   opacidad   de   las   distintas   partes   del   cuerpo  
que   se   interpongan   al   paso   del   haz.   La   calidad   de   la   imagen   depende   del   tamaño   de  
la  fuente  de  radiación  y  de  las  distancias  de  los  objetos  con  respecto  a  esta  fuente  de  
radiación.   En   caso   que   el   órgano   de   interés   tenga   una   densidad   óptica   similar   al  
ambiente,   es   posible,   en   algunos   casos,   introducir   “medios   de   contraste”   o  
sustancias   opacificadoras,   como   sucede   en   el   caso   de   la   ingestión   de   soluciones   de  
bario   para   hacer   resaltar   el   tracto   gastrointestinal.   Adicionalmente,   se   puede  
efectuar   el   proceso   inverso   para   hacer   que   un   órgano   aparezca   más   transparente,   al  
insuflarse  con  gas  ligero.  
 
Mesa  radiográfica  
 
Existen   varios   tipos   de   mesas,   dependiendo   del   equipo   de   rayos   X   con   el   que   se  
utilizan.   Las   mismas   pueden   ser   fijas   o   basculantes   y   deben   tener   un   espesor  
uniforme   en   la   cubierta,   que   por   lo   general   es   de   fibra   de   carbono,   siendo   lo  
suficientemente   fuertes   para   sostener   el   paciente,   incluso   de   peso   elevado,   y   siendo  
radiotransparentes   de   forma   tal   que   permita   a   los   rayos   X   atravesar   fácilmente   el  
material  de  la  mesa  e  impresionar  la  película  radiográfica  sin  ningún  problema.  
 
Debajo   de   la   mesa   se   encuentra   una   abertura,   donde   se   encuentra   una   bandeja  
“bucky”   portachasis,   cuya   función   es   sujetar   el   chasis   o   cassette,   que   contiene   la  
película   radiográfica   y   una   rejilla   antidifusora.   Este   “bucky”   corre   sobre   rieles   para  
poder  desplazar  el  chasis  de  un  lugar  a  otro.    
 
La   rejilla   antidifusora   tiene   la   función   de   controlar   y   reducir   la   cantidad   de   radiación  
dispersa   del   haz   remanente,   ya   que   la   radiación   dispersa   tiene   menos   energía   que   la  
del   haz   primario.   Así   pues,los   rayos   X   que   emergen   del   paciente   y   colisionan   con   el  
material  radiopaco  de  la  rejilla  son  absorbidos  y  no  alcanzan  la  película.   

Efectos  biológicos  de  los  rayos  X    
 
Los  rayos  X  actúan  sobre  los  tejidos  vivos  y  tienen  tres  efectos  principales:  
 
1. Inhiben  el  creciemiento  
2. Destruyen  el  tejido  epitelial  
3. Producen  inflamaciones  
 
Basado   en   estos   efectos   los   rayos   X   se   utilizan   para   el   tratamiento   de   ciertas  
afecciones,   tratamiento   que   tiene   por   objetivo   dañar   las   células   enfermas   en   la  
mayor  proporción  posible  con  respecto  a  las  sanas.  
 
La   radioterapia   convencional   suele   utilizar   un   kilovoltage   comprendido   entre   los   150  
kV   y   300   kV.   La   radiación   que   atraviesa   completamente   el   tejido   no   causa   problemas  
biológicos,  sólo  tiene  efecto  biológico  la  radiación  absorbida  total  o  parcialmente.  
Los   diferentes   tejidos   no   responden   igual   ante   la   actividad   de   los   rayos   X,   si   no   que  
depende   de   la   naturaleza   del   tejido   y   de   su   función.   Algunos   de   los   tejidos   más  
sensibles   a   la   radiación   son   el   tejido   linfático,   la   médula   ósea,   el   timo,   los   ovarios   y  
testiculos  y  el  tejido  nervioso.  
 
El  haz  emerge  del  tubo  uniforme,  interacciona  con  los  tejidos  del  paciente  al  atraves-­‐
arlo  y  de  esa  interacción  surge  la  información  sobre  las  estructuras  atravesadas,  que  
se  traduciráen  una  imagen  al  incidir  sobre  la  película  o  sobre  otro   receptor   alternati-­‐
vo.   Los   procesos   relevantes   desde   el   punto   de   vista   de   la   formación   de   la   imagen  
radiológia  son:  el  efecto  fotoeléctrico  y  el  efecto  Compton.    





El   efecto   fotoeléctrico   consiste   en   la   emisión   de    electrones   por   el   material   donde   ha   incidido    sobre   él   la   radiación   electromagnética,   si   la energía   del   electrón   expulsado   es   muy   grande,    
puede   a   su   vez   formar   electrones   secundarios   o   ser  absorbido  por estructuras  circundantes.  







El   efecto    Compton   consiste   en   la modificación,   en   la   dirección   y   en   la   longitud   de   onda   de  un  fotón  cuando  choca  contra  un electrón  del  átomo  del   objeto,   cediento    parte   de   su   energía   cinética   en   desplazar   al   electrón   de   su   órbita   y    confiriéndole   una   cierta   energía   cinética. 

El   efecto   Compton   aumenta   al    
aumentar  la  Energía  y  depende  de  la  densidad  del  medio  
absorbente.    





En   rojo   se   observan   los   fotones    
que   pasan   a   través   del   cuerpo   del  
paciente   y   llegan   al   film   son   los  
fotones  transmitidos.  
En   azul   aparecen   los   fotones   que  
entregan   toda   su   energía   al  
cuerpo   del   paciente,   siendo  
absorbidos.   Finalmente,   en   verde  
aparecen   los   fotones   dispersados,  
desviados  de  su  dirección  original.




Averías  
Los   rayos   X   han   sido   ampliamente   utilizados   en   el   área   médica,   principalmente   con  
fines   de   diagnóstico.   A   partir   de   que   el   médico   decide   captar   una   estructura  
anatómica   hasta   el   diagnóstico   apoyado   en   la   imagen   obtenida,   se   realiza   una  
compleja   actividad   en   la   que   están   implicados   diferentes   procesos   físicos,   equipos   y  
especialistas.  
 
En   alguno   de   estos   elementos   se   puede   provocar   un   deterioro   en   la   calidad   de   la  
imagen  final  o  un  incremento  en  la  dosis  de  radiación  que  recibe  el  paciente.  
Entre  los  problemas  más  frecuentes  que  se  encuentran  en  los  equipos  de  rayos  X:    
 
  •  La  falta  de  mantenimiento    
  •  La  obsolescencia  con  respecto  a  los  requerimientos  normativos    
  •  El   incumplimiento   de   las   pruebas   de   control   de   calidad   contempladas   en    la  normativa  y  que  deben  practicarse  anualmente  a  todos  los  equipos.    
  •  La  falta  de  revisión  de:

Tensión   (kV).   Se   refiere   al   valor   máximo   de   diferencia   de   potencial   que   se   establece   a   través   del   tubo   de   rayos   X   durante  una  exposición.    
• Punto   focal.   Se   busca   la   correcta   direccionalidad   del   área   donde  incidan  los  rayos  X.   
• Tiempo  de  exposición,  rendimiento  
• Linealidad  y  reproducibilidad  del  rendimiento.  
• Coincidencia  de  centros.  
• Coincidencia  del  campo  luminoso  con  el  campo  de  radiación.  
• Contacto  película-­‐pantalla  
• Alineación  de  rejilla  antidispersora  .  
• Calidad  del  haz  (CHR).  
• Perpendicularidad  del  haz.    


Las   averías   más   habituales   en   equipos   generadores   de   rayos   x   son   debidas   a   los  
elementos   de   mandos   auxiliares.   Muchas   veces   como   consecuencia   de   errores  
cometidos   en   la   reparación   de   los   circuitos   auxiliares,   o   la   ausencia   de   un   control  
periódico  de  los  mismos  se  ocasionan  costosas  averías.  
 
A   continuación   se   explican   algunas   de   las   partes   principales   de   los   equipos  
generadores   de   rayos   X,   elementos   de   control,   medición   y   mando   y   fallas   más  
comunes.  
 
  •  Entrada  de  suministro  eléctrico:  se  entiende  por  tal,  los  cables  que  llegan  hasta  la   llave   general,   ésta,   su   fusible   de   protección   y   los   cables   que   saliendo   de   los  fusibles  conectan  con  el  comando.    
 
  •  Fusibles:   Abren   el   circuito   cuando   circula   por   él   una   corriente   de   mayor   valor   que   la   admisible.   Su   valor   en   amperes   debe   ser   el   estipulado   por   el   fabricante.  Si   es   bajo   pueden   impedir   el   trabajo   del   equipo   en   máxima   carga.   Si   por   el   contrario   es   alto,   no   cumplirán   su   función   de   protección   pudiendo   dañarse   el   circuito. 

  • Interruptor   principal:   Habilita   o   interrumpe   el   paso   de   energía   eléctrica   al   autotransformador.   Si   su   mecanismo   fallase   podría   ocasionar   que   el   equipo   “no  encienda”  o  por  el  contrario  no  se  desconecte  al  accionar  el  interruptor. 

  • Autotransformador:   Está   constituido   de   un   núcleo   de   hierro   cerrado   y   un   solo    arrollamiento   que   hace   las   veces   de   primario   y   secundario.   Las   principales    funciones   que   cumple   en   el   equipo   de   rayos   son   compensar   las   variaciones   de   la   tensión   de   línea   y   obtener   del   transformador   de   alta   tensión   diferentes  valores  de  kilovoltaje  alimentando  de  forma  variable  su  primario.  

  •  Limitador   de   tensión   de   filamento:   Es   una   resistencia   o   serie   de   ellas   cuya    función   es   entregar   un   voltaje   variable   al   transformador   de   filamento   de  manera   de   regular   la   corriente   que   circula   por   el   filamento   del   tubo.   Si  funciona   incorrectamente   puede   provocar   que   el   tubo   no   encienda,   un   bajo  rendimiento  de  miliamperaje  o  la  destrucción  del  tubo. 

  • Transformador   de   filamento:   Es   un   transformador   reductor   con   relación   de    transformación   fija   que   produce   valores   apreciables   de   corriente   a   bajo    voltaje.   La   función   de   esta   corriente   es   calefactar   el   filamento   del   tubo   de    Rayos   X   hasta   la   incandesencia   para   lograr   la   emisión   de   electrones.   Las   fallas    más   usuales   son   un   cortocircuito   del   transformador,   interrupción   del   circuito   primario  o  secundario,  perforación  en  el  material  aislante.

  • Transformador   de   alta   tensión:   es   un   transformador   elevador   cuya   función   es  
    producir   una   diferencia   de   potencial   de   miles   de   voltios   necesarios   para  
    generar   los   rayos   X.   Las   averías   más   usuales   son   las   mismas   que   las   producidas  
    en  un  transformador  de  filamento.       

(*)   La   manipulación   de   equipos   que   generen   radiaciones   ionizantes   sólo   pueden  
ser  efectuadas  por  técnicos  debidamente  formados  y  certificados.   




 
Autores:   Núria  Llahí  y   Xavier  Pardell  


Bibliografía  
 
1. Passeler,   F.   (1991)   –   Radiología   Odontológica   (2
a ed.).   Masson   –   Salvat,   Barcelona  (pp.  18-­‐30).     
 
2. Bushong,   S.C   (1993)   -­‐     Manual   de   Radiología   para   tecnólogos   (5
a  ed.).   Ed.    Mosby,  Madrid.    
 
3. Ian   R   McClelland   (2004)   –   X-­‐ray   equipment   maintenance   and   repairs  
workbook   for   radiographers   &   radiological   technologists.   Diagnostic   Imaging  
and  Laboratory  Technological  Essential  Health  Technologies    



 
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