T6. tema C7: Preguntas sobre RX

Tarea realizada en conjunto con Samuel Sada Oreja (https://samsaornavinstbio2.blogspot.com/) 

1. ¿Qué características constructivas del tubo de rayos X se correlacionan con qué características del espectro de emisión de los rayos X?

Los componentes físicos de un tubo de RX que intervienen directamente en la generación del espectro de emisión son el cátodo y el ánodo, en los cuales, cuando se les aplica una diferencia de potencial suficientemente alta (en el rango de los kV), se produce una liberación de electrones del cátodo que viajan rápidamente hasta el ánodo. Cuando estos electrones interactúan con los átomos del metal del ánodo expuesto (el blanco), se libera radiación y se genera el espectro de emisión característico del RX:

Fig.1: Espectro típico de la radiación X.

Se puede distinguir en esta figura el espectro característico típico generado por la radiación de Bremsstrahlung (llamado espectro continuo). Los picos de alta intensidad son provocados cuando los electrones del cátodo chocan con los electrones de los átomos del ánodo, excitándolos. Cuando estos se relajan emiten radiación en forma de rayos X. Estos picos son característicos del material del que está hecho el ánodo, y se llaman picos discretos o característicos.

Por tanto, las características constructivas que influyen en el espectro de emisión de rayos X son: el material del que está formado el blanco y la distancia del cátodo al ánodo.

El material del blanco influye más en los picos discretos que en el espectro continuo. Como se puede apreciar el la figura dos, si representamos el número de rayos respecto a la energía de los mismos, al aumentar el número atómico (Z) del blanco, los picos discretos se desplazan hacia la derecha, ya que la radiación característica es de energía más alta.

Fig.2 : Representación de los espectros de varios materiales. Se aprecia el desplazamiento de los picos cuando aumenta Z.

En cuanto a la distancia ánodo-cátodo(dC-A, la distancia que tienen que recorrer estos electrones hasta el ánodo supone una resistencia a su desplazamiento y, por tanto, una reducción de la energía cinética que tienen originalmente los electrones al escapar del cátodo. Cuando dC-A disminuye, la energía con la que chocarán los electrones contra el blanco del ánodo será mayor, generando un espectro de emisión de rayos X que tendrá un área bajo la curva mayor, es decir, generando mayor intensidad de los rayos X.

2. Qué características de la operación del tubo de rayos X se correlacionan con qué características del espectro de la radiación producida (o lo que es lo mismo, que controles tiene y que es lo que controlan).

La forma general de un espectro de emisión es siempre la misma, pero su posición relativa sobre el eje de energías puede variar. Cuanto más hacia la derecha se encuentre el espectro, mayor es la energía efectiva del haz de rayos X mientras que cuanto mayor sea el área bajo la curva mayor es la intensidad de rayos X. Los principales factores que afectan al espectro de emisión de rayos X son:

• Corriente del tubo (mA): Un cambio en mA produce un cambio proporcional en la amplitud del espectro de emisión de rayos X a cualquier energía.

Fig.3: Representación de la variación del espectro en función de la corriente del tubo.

• Voltaje del tubo (kVp): Un aumento en kVp produce un aumento en la amplitud del espectro de emisión a cualquier energía, pero un aumento aún mayor a altas energías que a bajas energías. Por consiguiente el espectro se desplaza hacia la derecha.

Fig.4: Representación de la variación del espectro en función del voltaje del tubo.

• Filtración añadida: Al añadir filtración a un tubo de rayos X se produce una reducción de la intensidad de pero un incremento de la energía efectiva; absorbe más efectivamente los rayos X de baja energía que los de alta energía (el espectro de emisión de rayos X bremsstrahlung se reduce más por la izquierda que por la derecha).

Fig.5: Representación de la variación del espectro en función del grosor del filtro en el tubo.

• Forma de la onda de voltaje: Las operaciones en trifásico y a alta frecuencia son más eficientes que en fase única. Operar en trifásico y a alta frecuencia aumentan tanto la intensidad como la energía efectiva de los rayos X.

Fig.6: Representación de la variación del espectro en función del tipo de corriente alterna aplicada.

3.- Por qué han de estar los tubos a vacío.

La necesidad de que los tubos de rayos X estén al vacío reside en que los electrones del cátodo necesitan adquirir energía en su viaje hasta el ánodo. 

Si el medio por el que los electrones proyectil viajan del cátodo al ánodo no se encontrase al vacío, la energía que fuesen ganado por el campo eléctrico la perderían en choques con moléculas de aire; lo que eliminaría su capacidad de interactuar con las capas internas de los átomos del blanco y reduciría en mucho la energía de los rayos Bremsstrahlung.

4.- Por qué es importante el espectro de emisión para la radiología ¿no son iguales todos los rayos x?

El cuerpo humano está formado por distintos tejidos de distintas densidades. En función de la parte del cuerpo que se desee radiografiar, será necesaria una mayor o menor intensidad de rayos X. Como podemos ver en la siguiente gráfica, la penetración de los rayos X aumenta conforme aumenta la energía de los fotones. Por tanto, al variar el espectro de emisión de los rayos X, varía la penetración de éstos al tejido humano, pudiéndose obtener imágenes radiográficas con más detalle cuanto mayor es la penetración.

Fig. 7: Evaluación de la penetración en función de la energía de los rayos X.

Fig.8: Energías necesarias para penetrar en diferentes partes del cuerpo.