¿Cómo funciona un equipo de rayos X?
Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética que atraviesa nuestro cuerpo sin ser visibles ni perceptibles. Estas ondas pueden generar imágenes internas del cuerpo humano al ser absorbidas en distintas proporciones por los tejidos y estructuras que atraviesan. Los huesos, ricos en calcio, absorben la mayoría de los rayos X, lo que los hace aparecer blancos en las imágenes. Por otro lado, los tejidos blandos como la grasa absorben menos rayos X, mostrándose en tonos de gris, mientras que el aire apenas absorbe estos rayos, lo que hace que los pulmones aparezcan negros en las imágenes radiográficas. De esta manera, las imágenes de rayos X revelan las estructuras anatómicas del cuerpo humano según su capacidad para absorber la radiación.
Usos de la radiografía
El uso más común de los rayos X es para ver fracturas (huesos rotos), además es el primer paso en el algoritmo diagnóstico de los pacientes, como es en el caso de la detección y el diagnóstico del cáncer de mama por medio de la mamografía, que es una radiografía de las glándulas mamarias, la cual permite detectar pequeños fragmentos de calcio, denominados microcalcificaciones, generalmente benignos, pero que al presentar ciertos patrones específicos podrían indicar la presencia de cáncer, donde la apreciación diagnóstica de malignidad se expresa de acuerdo al sistema Bi-rads.
El tubo de rayos X
En el tubo de rayos X se realiza la generación de los mismos, donde un generador de alto voltaje aplica una tensión elevada entre el cátodo y el ánodo, del orden de los kilovoltios. Esto hace que los electrones se muevan hacia el terminal positivo (ánodo) del tubo. La cantidad de electrones que chocarán dependerá de la corriente aplicada en el filamento, y la energía dependerá del kilovoltaje aplicado. El tiempo total de exposición también puede ser controlado, y estos tres parámetros (kilovoltaje, miliamperaje y tiempo) nos permitirán definir las características deseadas en la imagen. A continuación, describiremos en detalle este proceso.
El cátodo, siendo el electrodo negativo en un tubo de rayos X, actúa como la fuente de electrones. Generalmente está hecho de tungsteno. Cuando se aplica energía, el filamento del cátodo se calienta debido al sometimiento a altas tensiones, liberando electrones mediante un proceso llamado emisión termoiónica. Estos electrones se aceleran hacia el ánodo, que está cargado positivamente. La energía cinética de los electrones se convierte principalmente en calor cuando impactan en el ánodo, aunque una pequeña fracción produce los rayos X necesarios para generar la imagen. Dicha fracción corresponde al 1% de la energía total liberada en el proceso.
El ánodo, como objetivo de los electrones, recibe la mayoría de la energía cinética, generando calor en el proceso. Por eso el ánodo está constantemente en rotación, para que las partículas no impacten en el mismo punto, con el fin de mitigar su desgaste.
La relación entre el generador de alto voltaje, la dirección de la corriente de electrones entre el ánodo y cátodo, y la generación del haz de rayos Xx se ilustran en la figura 1 y el funcionamiento del proceso en la figura 2.
El conjunto del cátodo, ánodo y otras partes asociadas se denomina colectivamente el tubo de rayos X. Este está contenido en una carcasa sellada herméticamente, la cual proporciona blindaje y refrigeración, mediante una capa de aceite que permite disipar el calor del tubo, y un blindaje de plomo para atenuar los rayos X no dirigidos a la salida del tubo. Sin embargo, una pequeña cantidad de radiación, conocida como radiación de fuga, puede penetrar la carcasa, por lo que hay un límite de potencial de tubo que no debe superarse.
Para evitar un nivel inaceptable de radiación de fuga y reducir la exposición del paciente a radiación dispersa innecesaria, es importante contar con un dispositivo de restricción llamado colimador, el cual contiene dos pares de placas de plomo transversales que ayudan a ajustar y limitar el área de exposición del haz de radiación, adaptándolo específicamente a la región anatómica bajo estudio. Al delimitar el campo de radiación de manera precisa, el colimador no solo mejora la calidad de la imagen radiográfica, sino que también contribuye significativamente a la seguridad del paciente, al minimizar la dosis de radiación recibida durante el procedimiento. El colimador contiene una fuente de luz que se refleja en un espejo a 45 grados, creando un punto focal virtual que permite visualizar el campo de rayos X.
Durante el paso de los rayos X a través de los materiales, partes del haz se debilitan, lo que altera el espectro producido en un proceso conocido como filtración. Este proceso puede personalizarse mediante diferentes tipos y cantidades de material filtrante. La filtración inherente ocurre cuando el material del ánodo y el material sobre la ventana de salida del tubo de rayos X atenúan algunos fotones de baja energía. Además, se puede agregar filtración adicional, utilizando materiales como aluminio, cobre y molibdeno, para reducir la exposición del paciente a la radiación y mejorar el contraste de la imagen. Estos materiales desplazan la energía del espectro hacia valores más altos o eliminan fotones de alta energía, contribuyendo así a la calidad de la imagen.
Después de la obtención de la imagen radiográfica, se procede con la digitalización del resultado. En la radiología digital, los sensores comúnmente utilizados son paneles planos de matriz activa. Estos paneles están compuestos por una capa detectora colocada sobre una matriz en la que se disponen transistores de película delgada y fotodiodos. Esta configuración permite que los sensores conviertan la imagen en formato digital en tiempo real, lo que facilita a los profesionales médicos la visualización inmediata de los resultados a través de un ordenador.
Los sensores de radiografía digital se clasifican en varios tipos, como las placas de fósforo fotoestimulables (PSP), dispositivos de silicio como los dispositivos de carga acoplada (CCD), o los semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS). Cada tipo de sensores tiene características específicas y se utiliza según las necesidades y requisitos del procedimiento radiológico.
Figura 4. Resumen del proceso de obtención de una imagen radiográfica digital, tomada de How Do X-rays Work?
Factores que Influyen en la Emisión de Rayos X en Radiología
Los factores que influyen en la emisión de rayos X incluyen el material del ánodo, la tensión del tubo de rayos X, la corriente del tubo de rayos X, y la filtración del haz.
El material del ánodo es muy importante, ya que afecta la eficacia de la producción de rayos X, siendo esta proporcional al número atómico del material. La tensión del tubo determina la energía máxima de los fotones producidos, y un aumento en esta tensión resulta en una mayor eficacia y calidad del haz de rayos X. La intensidad del haz de rayos X está directamente relacionada con la corriente del tubo y el tiempo de exposición. Por último, la filtración del haz modifica la cantidad y calidad del haz de rayos X al eliminar preferentemente los fotones de baja energía.
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