PRODUCCION Y TRANSPORTE DE RAYOS X

Los rayos X se producen siempre que una substancia es irradiada conelectrones de alta energía.

Un tubo convencional de rayos X consiste básicamente de un cátodo y un ánodo colocados dentro de un envase de vidrio al vacío.

Diagrama esquemático de un tubo de rayos X

El cátodo consiste de un filamento de tungsteno que al ser calentado emite electrones. Estos electrones son acelerados, debido a una diferencia de potencial aplicada entre el cátodo y el ánodo, hacia un blanco montado en el ánodo. Para tener un mayor control en la calidad del haz de rayos X es necesario que los electrones no sean desviados de su trayectoria, y para esto se requiere de un alto vacío.

Los electrones al ser frenados bruscamente en el blanco, emiten radiación electromagnética con un espectro continuo de energías entre 15 y 150 keV, que es lo que se conoce como rayos X

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El número atómico del material del que está construido el blanco y la velocidad del haz de electrones, determina la energía máxima y la forma del espectro. El haz tiene dos componentes, una de ellas es continua y corresponde a la radiación de frenado (bremsstrahlung) y la otra es discreta. A ésta última se le conoce como radiación característica y se debe a transiciones electrónicas entre estados excitados en átomos del blanco.

El blanco puede ser de tungsteno para radiografía general o de molibdeno para mamografía.

La base fundamental para la aplicación de los rayos X en muchas áreas de la ciencia, es su propiedad de atenuación exponencial. Los rayos X al atravesar un material pueden ser absorbidos o dispersados en su trayectoria, lo cual resulta en una disminución en la intensidad original. Los procesos de absorción o dispersión se deben a interacciones entre los átomos del medio y los rayos X. Las interacciones más importantes en el intervalo de energías de interés en radiodiagnóstico son el efecto fotoeléctrico y la dispersión de Compton (Johns y Cunningham, 1983).

Formación de una imagen plana con rayos X

Una radiografía convencional es una imagen bidimensional de un objeto tridimensional. Esto significa que toda la información en profundidad se pierde, pues los diferentes niveles de gris en la imagen dan información sobre la atenuación de los rayos X a lo largo de una trayectoria en el espacio tridimensional (véase figura 4). La intensidad de cada tono de gris proporciona información acerca de la densidad de los tejidos atravesados. Dado que el cuerpo humano puede describirse como una función continua de coeficientes de atenuación lineal, U(x,y,z) la intensidad del haz de rayos X, I (x,y), en el plano en donde se forma la imagen está representada por una integral de la forma:

Radiografía convencional

De entre los usos médicos de la radiación, el examen de pacientes con rayos X con el propósito de dar un diagnóstico es, por mucho, el más frecuente. El objetivo del diagnóstico radiológico es proporcionar información anatómica al médico sobre el interior del paciente. Los rayos X constituyen una herramienta ideal para sondear, de manera ``no invasiva'', el interior del cuerpo humano. Sin embargo, durante la formación de la imagen existen procesos de deposición de energía en el paciente. Estos procesos llevan asociado un cierto daño biológico que en algunos casos puede afectar a la salud del paciente. En países desarrollados, aproximadamente el 90% de la dosis a la población debida a radiación causada por el hombre, se debe al uso de los rayos X para el diagnóstico radiológico (Shrimpton 1994).

Aunque las dosis asociadas a este tipo de exámenes son relativamente pequeñas, la frecuencia con que éstos se llevan a cabo ocasiona que el impacto social sea considerable. Dado que el propósito de un examen médico es proporcionar un beneficio directo al paciente, los procedimientos de radiodiagnóstico han sido optimizados de tal manera que las dosis sean lo más bajas posibles y al mismo tiempo contengan la información necesaria para dar un diagnóstico adecuado.

Formación de una imagen plana con rayos X

Una radiografía convencional es una imagen bidimensional de un objeto tridimensional. Esto significa que toda la información en profundidad se pierde, pues los diferentes niveles de gris en la imagen dan información sobre la atenuación de los rayos X a lo largo de una trayectoria en el espacio tridimensional . La intensidad de cada tono de gris proporciona información acerca de la densidad de los tejidos atravesados. Dado que el cuerpo humano puede describirse como una función continua de coeficientes de atenuación lineal, U(x,y,z) la intensidad del haz de rayos X, I (x,y), en el plano en donde se forma la imagen está representada por una integral de la forma:

En radiografía convencional el detector más utilizado consiste en la combinación de una pantalla fluorescente acoplada a una película fotográfica. Las características más importantes de este sistema son la eficiencia de detección de rayos X (que depende esencialmente de la composición y grueso de la pantalla fluorescente), la eficiencia de conversión a luz visible y el acoplamiento óptico entre la pantalla y la película. El intervalo de energía utilizado para este tipo de estudios varía aproximadamente entre los 15 y los 150 keV.

Las características específicas del sistema dependen del tipo de estudio que se desea realizar, por ejemplo, si se trata de un estudio del tórax o del abdomen. La mayoría de las pantallas fluorescentes modernas se basan en compuestos de tierras raras tales como el oxisulfuro de gadolinio (Ga2 O2 S) con grosores que varían entre 30 y 70 u>m. A energías de interés clínico la eficiencia de detección de este tipo de pantallas puede llegar a ser hasta del 80%. Un segundo grupo de detectores lo constituyen los llamados ``intensificadores de imagen'', los cuales se utilizan en técnicas de fluoroscopía.

Este tipo de estudios son dinámicos, de tal manera que la salida del intensificador se envía a un sistema de TV para observar la imagen radiográfica en tiempo real. El intensificador consiste de una pantalla fluorescente (normalmente CsI) acoplada a un fotocátodo y de un sistema de óptica de electrones que enfoca la imagen en una segunda pantalla fluorescente. Este tipo de detectores produce una ganancia en luminosidad de hasta 5000 veces, aunque lleva asociada una cierta pérdida en resolución espacial.

La gran importancia de la formación de imágenes planas en radiodiagnóstico, en términos del número de exámenes que se realizan de este tipo, ha causado que se inviertan una gran cantidad de recursos para tratar de desarrollar sistemas de radiografía digital que eventualmente sustituyan a la película radiográfica. En este sentido, los físicos han jugado un papel muy importante al desarrollar nuevos detectores de radiación ionizante que se espera permitan disminuir la dosis al paciente, sin pérdida en la calidad de la imagen.