Fonaments de Radiologia: Producció i Interacció de Raigs X

Enviado por Chuletator online y clasificado en Química

Escrito el 28 de Marzo de 2025 en catalán con un tamaño de 24,56 KB

Conceptes Bàsics de la Producció de Raigs X

Factors i Característiques

Factors que no modifiquen l'espectre del wolframi: mAs, kV, material de la diana.
L’espectre discret: conté valors específics.
L'eficiència de la producció de raigs X és independent del corrent del tub: Veritable.
L'eficiència de la producció de raigs X disminueix amb l’augment de kV: Fals (augmenta).
En el rang diagnòstic, els raigs X que es formen són principalment raigs X de Bremsstrahlung.
El nombre de làmines de plom per centímetre de superfície s’anomena: Freqüència o densitat de reixeta.
El focus real o tèrmic és: Representa la superfície de l’ànode sobre on impacten els electrons.
Per minimitzar la radiació dispersa: Restricció del feix i reixetes antidifusores.
Quant a la radiació de fuga: Tot correcte (no és el feix útil, ha de ser mínima).
Els espectres d'emissió es representen com: Nombre de raigs X per increment d'energia (kV).
Augmenta l'energia cinètica dels electrons: Voltatge del tub (kV).
Determina la quantitat d'electrons (i, per tant, de raigs X): Corrent del tub (mA) multiplicat pel temps (s), és a dir, mAs.
Conté tots els valors possibles d'energia fins a un màxim: Espectre continu.

Influència de la Intensitat (mAs) i el Quilovoltatge (kV)

Com afecta la variació de la intensitat i del quilovoltatge en la producció dels raigs X?
Afecta de manera que, a més intensitat (mAs) s’utilitzi per a la producció de raigs X, més electrons s’emetran (quantitat). Com més voltatge (kV) s’utilitzi, més força tindrà la penetrabilitat del feix, és a dir, augmenta l’energia cinètica dels electrons (qualitat). Augmentar ambdós paràmetres fa que hi hagi major quantitat de raigs X i que aquests tinguin més força de penetrabilitat.

Quantitat: Està determinada pels miliampers-segon (mAs).
Qualitat: Està determinada pel quilovoltatge pic (kVp) i la filtració.

Interacció dels Raigs X amb la Matèria

Efecte Fotoelèctric

Un fotó amb la suficient energia impacta contra un electró lligat i l'arrenca de l'àtom. Això fa que aquest electró surti disparat (fotoelectró) amb una certa energia cinètica que dependrà de l’energia del fotó incident i de l'energia de lligam de l'electró. Aquest efecte està augmentat quan interacciona amb un àtom d’alt nombre atòmic (Z) i en augmentar la densitat del teixit. Gràcies a l’absorció diferencial (majoritàriament per efecte fotoelèctric a energies de diagnòstic) podem observar en les radiografies els diferents teixits del nostre cos. Si els raigs X són d’alta energia, aquest efecte es veu disminuït en comparació amb l'efecte Compton.

Efecte Compton

Succeeix quan un fotó incident xoca amb un electró poc lligat o lliure (que podríem dir que està en repòs). Aquest xoc fa que el fotó canviï de direcció (dispersió) i perd energia, obligant també a l’electró a sortir disparat cap a un altre costat (electró Compton). La conseqüència d’aquest xoc és que el fotó dispersat té menor energia, ja que la restant se la queda l’electró en forma d'energia cinètica.

Qualitat del Feix i Control de la Radiació Dispersa

Filtració

1. En què consisteix la filtració? Què és la filtració total?

La filtració consisteix en l’eliminació selectiva dels fotons de baixa energia del feix de raigs X mitjançant la interposició de materials que els absorbeixen (com l’alumini). Això endureix el feix (augmenta l'energia mitjana), millora la seva qualitat (poder de penetració) i redueix la dosi a la pell del pacient.
La filtració total és la suma de la filtració inherent (pròpia del tub de raigs X, la finestra i la seva carcassa) i la filtració afegida (làmines d'alumini o altres materials col·locades intencionadament a la sortida del feix, entre el tub i el col·limador).

Capa Hemireductora (HVL)

Què és la capa hemireductora?
És el gruix de material (normalment especificat en mm d'alumini) necessari per a reduir a la meitat la intensitat (exposició) del feix de raigs X incident. És un indicador de la qualitat o energia mitjana (poder de penetració) del feix.

Blanc Inclinat i Efecte Taló

Blanc inclinat: Quan més inclinat estigui el blanc (diana) de l’ànode respecte a l'eix del feix, més petita serà l’àrea del focus efectiu vista des del receptor d'imatge. Això comporta una millor resolució espacial de la imatge obtinguda, ja que la font de raigs X sembla més petita, reduint la penombra geomètrica.
Efecte Taló: A causa de l'angle de l'ànode, la intensitat del feix de raigs X no és uniforme, sent major al costat del càtode i menor al costat de l'ànode (per autoabsorció dins del propi ànode). Aquest efecte és important i es pot aprofitar quan es radiografien estructures anatòmiques que presenten molta diferència en densitat i/o espessor. Hauríem de col·locar la part més gruixuda o densa de l'anatomia cap al costat del càtode (on la intensitat és més alta) i la part més prima o menys densa cap al costat de l’ànode.

Radiació Dispersa

La dispersió es produeix principalment quan els raigs X interactuen amb els àtoms del pacient (efecte Compton), canviant de direcció.
Es redueix mitjançant l'ús de reixetes antidifusores (col·locades entre el pacient i el detector) i col·limadors (restringint la mida del feix).
Inconvenient de les reixetes: Incrementen la dosi al pacient, ja que absorbeixen part del feix primari a més de la radiació dispersa, requerint una major exposició inicial (mAs) per compensar. També poden produir artefactes (línies de reixeta).

Repàs de Conceptes Clau (Tipus Test / Respostes Curtes)

Capa hemireductora d’un feix de raigs X: Gruix de material absorbent necessari per reduir la intensitat dels raigs X a la meitat del seu valor original.
L'índex de reixeta per damunt de 8:1: Són generalment satisfactoris per a voltatges de tub per sota de 90 kVp (índexs més alts són millors per a kVp més elevats).
La filtració: Endureix el feix de raigs X (augmenta l'energia mitjana), millora la qualitat dels raigs X i redueix la quantitat de raigs X (especialment els de baixa energia).
La radiació dispersa: Empitjora el contrast de la imatge.
Pel que fa a la filtració es distingeix: Filtració total, inherent i afegida.
La reixeta: Té com a objectiu eliminar el feix de fotons de la radiació dispersa abans que arribi al detector.
En incrementar el valor del kVp: S’incrementa la qualitat (poder de penetració) dels raigs X.
Com més petits siguin els mAs, menor és la dosi que rep el pacient: Fals (és directament proporcional, menys mAs = menys dosi).
La filtració inherent: Es deu a l'atenuació produïda per la carcassa de vidre/metall del tub de raigs X i l'oli refrigerant.
L'índex de reixeta: És la relació entre l'alçada (h) de les làmines de la reixeta i l'amplada (D) del material intermedi entre elles (IR = h/D).
Fotons que no intervenen útilment en la formació de la imatge (baixa energia): S’eliminen principalment amb el procés de filtració.
Els factors que afecten la quantitat de radiació dispersa: kVp (més kVp, més dispersió Compton relativa i més energia), mida del camp irradiat (més camp, més volum, més dispersió), gruix i densitat del pacient (més gruix/densitat, més dispersió).
Atenuació: És la reducció de la intensitat del feix de raigs X com a conseqüència de l'absorció i la dispersió en travessar la matèria.
El feix útil: Són els raigs X emesos a través de la finestra del tub i el col·limador, dirigits cap al pacient.
Redueixen el contrast: Els raigs X dispersos que arriben al detector.
La quantitat total de raigs X (exposició) produïda amb 100 mA i 0,1 s (10 mAs) és: Igual que l’obtinguda amb 200 mA i 0,05 s (10 mAs).

Veritable o Fals

a. La reixeta antidifusora és un element dissenyat per reduir la radiació dispersa i es col·loca entre el pacient i el receptor de la imatge. Certa
b. Els raigs X de baixa energia contribueixen significativament a formar la imatge. Falsa (Contribueixen principalment a la dosi del pacient sense millorar la imatge).
c. La filtració afegida provoca una disminució de la HVL. Falsa (Augmenta la HVL perquè endureix el feix).
d. En augmentar la filtració s’incrementa l’energia mitjana del feix de raigs X. Certa
e. La làmina d’Al col·locada entre el revestiment protector del tub de raigs X i el col·limador del feix és la filtració afegida. Certa
f. La intensitat dels raigs X és indirectament proporcional als mAs. Falsa (És directament proporcional).
g. La intensitat dels raigs X és aproximadament directament proporcional al quadrat dels kVp. Certa (I ∝ kVp²).
h. L’energia (qualitat) de la radiació no representa el poder de penetració del feix de raigs X. Falsa (Sí que el representa).
i. La intensitat dels raigs X és el nombre de raigs X del feix útil (o la seva energia total per unitat d'àrea i temps). Certa (Conceptualment).
j. Quan es parla de la intensitat de raigs X també es pot dir quantitat de raigs X o bé exposició a la radiació i es mesura en mGy (o mR). Certa (Referint-se a la fluència o l'exposició).
k. La filtració inherent és aquella filtració que s’afegeix de forma externa a l’aparell. Falsa (Aquesta és la filtració afegida).

Completar / Respostes Específiques

a. Atenuació és la reducció de la intensitat del feix de raigs X quan aquest penetra als teixits.
b. L’absorció diferencial i l’atenuació del feix de raigs X depèn de: densitat del teixit, nombre atòmic (Z) del teixit i energia del feix de raigs X.
c. Els agents de contrast radiològics com el iode i el bari permeten una millor visualització dels òrgans i teixits tous degut a què presenten nombres atòmics (Z) alts.
d. L’absorció diferencial (que crea el contrast a la imatge) es deu principalment a la diferent probabilitat de l'efecte fotoelèctric i, en menor mesura, de la dispersió de Compton, així com dels raigs X transmesos a través del teixit sense interaccionar.
Indica quina és la probabilitat relativa que un raig X de 80 keV interactuï per efecte fotoelèctric respecte al teixit tou (Z≈7,4).
(Nota: La probabilitat de l'efecte fotoelèctric és aprox. proporcional a Z³).
- GREIX (Z≈6,3): Prob. relativa ≈ (6,3 / 7,4)³ ≈ (0,851)³ ≈ 0,62
- BARI (Z=56): Prob. relativa ≈ (56 / 7,4)³ ≈ (7,568)³ ≈ 433 (Error en el càlcul original, 7.56^3 és molt més gran que 4.33)
La qualitat dels raigs X s'entén com: La capacitat de penetració del feix de raigs X en el teixit (relacionada amb l'energia mitjana).
L’absorció diferencial es deu a: Diferències en atenuació (combinació d'efecte fotoelèctric i Compton) i transmissió dels raigs X a través de diferents teixits. (L'opció "Totes són correctes" probablement es referia a les dependències: Z, densitat, energia).
L’objectiu de la reixeta antidifusora és: Eliminar el feix de fotons de la radiació dispersa.
La quantitat total de raigs X obtinguda amb 100 mA i 0,1 s (10 mAs): És igual a l'obtinguda amb 200 mA i 0,05 s (10 mAs).
Quina afirmació és certa? La quantitat de raigs X (intensitat/exposició) és directament proporcional al temps d’exposició (si mA és constant) i als mAs.
La capa hemireductora: És el gruix del material absorbent necessari (sovint expressat en mm d’alumini) per reduir la intensitat del feix a la meitat del seu valor original.

Anàlisi de Gràfiques i Situacions

Efecte de la Filtració Addicional

Es representa la corba d'emissió per un equip determinat (veure el gràfic adjunt). S’afegeix 1 mm d’Al de filtració extrínseca (afegida). Raona si això afectarà la corba d'emissió i dibuixa en la mateixa gràfica el resultat.
Sí, afectarà la corba. La filtració extrínseca (addicional) absorbeix preferentment els fotons de baixa energia. Això provoca:

Una reducció de l'alçada total de la corba (menys fotons en total).
Una disminució més pronunciada a la part esquerra de la corba (eliminació de fotons de baixa energia).
Un desplaçament del pic i de l'energia mitjana cap a la dreta (el feix resultant és més "dur" o penetrant).

(Caldria redibuixar la corba amb aquestes característiques sobre la gràfica original).

Origen de la Radiació Dispersa

La radiació dispersa és una de les causes de la pèrdua de contrast i a més contribueix a la irradiació dels professionals sanitaris. D’on prové aquesta radiació?
La radiació dispersa prové principalment de la interacció dels raigs X del feix primari amb els àtoms del pacient (majoritàriament per efecte Compton). En menor mesura, també pot provenir d'interaccions amb la taula, el detector o altres objectes en el camí del feix. Aquesta radiació surt en direccions diferents a la del feix original.

Càlcul d'Absorció per la Reixeta

Una reixeta està construïda amb septes de material opac a la radiació (plom) de 50 micròmetres d'amplada i amb una separació entre septes (material radiotransparent) de 350 micròmetres. Calcula el percentatge aproximat de raigs X primaris que no arriben al registre de la imatge per ser absorbits per la reixeta (% radiació absorbida pels septes).
Amplada total d'un parell línia/espai = Amplada septe + Amplada separació = 50 µm + 350 µm = 400 µm.
Percentatge absorbit pels septes = (Amplada septes / Amplada total) * 100 = (50 µm / 400 µm) * 100 = 12,5%.
(El càlcul original 50/350 sembla incorrecte, ja que no considera l'amplada total).

Formació del Contrast a la Imatge

A què és degut que en una radiografia veiem zones blanques (radioopaques) com és el cas dels ossos, i estructures anatòmiques més fosques (radiolúcides)?
Es deu a l'absorció diferencial dels raigs X per les diferents estructures del cos.

Les zones blanques (radioopaques) corresponen a teixits que atenuen fortament els raigs X (com els ossos, per la seva major densitat i nombre atòmic efectiu), impedint que arribin al detector.
Les zones fosques (radiolúcides) corresponen a teixits que atenuen poc els raigs X (com els teixits tous, el greix i especialment l'aire dels pulmons), deixant passar més radiació cap al detector.

Ús de kV Alts

Indica avantatges i inconvenients d’utilitzar kV alts en l’obtenció de la imatge radiogràfica. Indica almenys un estudi que requeriria kV alt.

Avantatges:
- Millor penetració: Permet que els raigs X travessin millor teixits densos o pacients gruixuts.
- Menor dosi al pacient (per a una mateixa exposició al detector): Com que són més penetrants, es pot reduir el mAs, disminuint la dosi absorbida.
- Reducció del contrast (pot ser avantatge): En estudis com radiografies de tòrax, un kV alt redueix el contrast entre os i teixit tou, permetent visualitzar millor les estructures pulmonars darrere de les costelles.
- Menor temps d'exposició possible (reduint artefactes de moviment).
Inconvenients:
- Major producció de radiació dispersa (efecte Compton relatiu): Degrada el contrast de la imatge si no s'utilitzen reixetes adequades.
- Reducció del contrast (pot ser inconvenient): Dificulta la diferenciació de teixits amb poca diferència d'atenuació.
Estudi que requereix kV alt: Radiografia de tòrax (típicament > 100-120 kVp), estudis amb bari.

Càlculs en Radiologia

Característiques i Efectes de la Reixeta

Una reixeta es fabrica amb septes de Pb de 25 micròmetres d'amplada, introduïts en un material intermedi de 250 micròmetres d'amplada. L’altura dels septes és de 3 mm.

Què és l'índex de reixeta (IR)? Calcula'l.
L'índex de reixeta és la relació entre l'altura dels septes (h) i l'amplada del material intermedi (D).
h = 3 mm = 3000 µm
D = 250 µm
IR = h / D = 3000 µm / 250 µm = 12. Es sol expressar com 12:1.
Raona com serà el factor Bucky (FB).
El factor Bucky (o factor de compensació de la reixeta) indica quant cal augmentar l'exposició (mAs) quan s'utilitza la reixeta per mantenir la mateixa exposició al detector que sense ella. Com que la reixeta absorbeix tant radiació dispersa com part de la radiació primària, sempre caldrà augmentar l'exposició. Per tant, FB > 1 (típicament entre 3 i 6).
Calcula la freqüència de la reixeta (f).
La freqüència és el nombre de parells de línies (septe + espai) per unitat de longitud (normalment per cm).
Amplada d'un parell = Amplada septe + Amplada espai = 25 µm + 250 µm = 275 µm.
f = 1 / (Amplada parell en cm) = 1 / (275 µm * 1 cm / 10000 µm) = 1 / 0,0275 cm⁻¹ ≈ 36,36 línies/cm.
Què significa que l’anterior reixeta presenta un factor de millora de contrast (k) de 2,5?
Significa que el contrast de la imatge obtinguda amb aquesta reixeta és 2,5 vegades superior al contrast que s'obtindria sense utilitzar cap reixeta en les mateixes condicions d'irradiació. Indica l'eficàcia de la reixeta per eliminar la radiació dispersa que degrada el contrast.

Unitats de Calor (HU)

Nota: El factor de correcció per a la forma d'ona del generador és 1.00 per a monofàsic, ~1.35 per a trifàsic/alta freqüència. Assumirem monofàsic si no s'especifica el contrari o si s'usa la fórmula simple HU = kVp * mAs.

Un estudi radiogràfic de la columna vertebral amb un sistema d’imatge monofàsic requereix 98 kVp, 120 mAs. Quantes unitats de calor es generen en aquesta exposició?
HU = kVp × mAs = 98 × 120 = 11.760 HU
Un estudi fluoroscòpic es realitza amb un sistema d’imatge monofàsic a 76 kVp i 1,5 mA durant 3,5 minuts. Quantes unitats de calor es generaran?
Temps en segons = 3,5 min × 60 s/min = 210 s
mAs totals = Corrent (mA) × Temps (s) = 1,5 mA × 210 s = 315 mAs
HU = kVp × mAs = 76 × 315 = 23.940 HU
Sis pel·lícules de crani s’exposen de forma contínua amb un generador que funciona a 82 kVp, 120 mAs per exposició. Quin és el calor total generat?
HU per exposició = kVp × mAs = 82 × 120 = 9.840 HU
HU total = HU per exposició × Nombre d'exposicions = 9.840 HU × 6 = 59.040 HU

Energia en Joules (J)

Nota: Per a generadors trifàsics o d'alta freqüència, HU ≈ 1.4 × kVp × mAs. La conversió a Joules és 1 HU (monofàsic) ≈ 0.7 J, o bé Energia (J) = kVp × mAs × Factor Ona × 0.7 (aproximadament). Una manera més directa és J = kVp × A × s. Si s'usa el factor 1.4 per alta freqüència: J = HU / 1.4.

Quina energia en Joules es produeix en una mamografia simple amb alta freqüència i unes condicions d’exposició de 25 kVp, 200 mAs?
Utilitzant el factor 1.4 per alta freqüència:
HU = 1.4 × kVp × mAs = 1.4 × 25 × 200 = 7.000 HU
Energia (J) = HU (alta freq.) / 1.4 = 7000 / 1.4 = 5.000 J
Alternativament, si s'interpreta la fórmula original:
HU (calculat com monofàsic) = 25 kVp × 200 mAs = 5000 HU
Energia (J) = HU (alta freq.) / 1.4 = (1.4 * 5000) / 1.4 = 5000 J. (El càlcul original sembla barrejar conceptes).
Mètode directe: J = V × A × s = (25 × 10³ V) × (200 × 10⁻³ A·s) = 5000 J.

Càlculs d'Intensitat (Exposició)

Llei de proporcionalitat directa amb mAs: I₁ / I₂ = mAs₁ / mAs₂
Llei del quadrat de kVp: I₁ / I₂ = (kVp₁ / kVp₂)²
Llei del quadrat invers de la distància (SID): I₁ / I₂ = (d₂ / d₁)²

Un protocol requereix 110 kVp, 10 mAs i produeix 320 µGy (0,32 mGy). Si el valor de mAs augmenta a 20 mAs, quina serà la nova intensitat (I₂)?
I₁ / I₂ = mAs₁ / mAs₂
320 µGy / I₂ = 10 mAs / 20 mAs = 0,5
I₂ = 320 µGy / 0,5 = 640 µGy
Una exposició és de 74 kVp / 60 mAs i el resultat és 2,5 mGy. Si es vol reduir l'exposició a 45 mAs, quina serà la nova intensitat (I₂)?
I₁ / I₂ = mAs₁ / mAs₂
2,5 mGy / I₂ = 60 mAs / 45 mAs ≈ 1,333
I₂ = 2,5 mGy / 1,333 ≈ 1,875 mGy
Un protocol requereix 110 kVp i 10 mAs, resultant en una intensitat de 0,32 mGy. Si el kVp augmenta a 125 kVp (mantenint mAs), quina serà la nova intensitat (I₂)?
I₁ / I₂ = (kVp₁ / kVp₂)²
0,32 mGy / I₂ = (110 kVp / 125 kVp)² ≈ (0,88)² ≈ 0,7744
I₂ = 0,32 mGy / 0,7744 ≈ 0,413 mGy
Una tècnica de 58 kVp / 8 mAs produeix 240 µGy. Si es canvia a 54 kVp / 8 mAs, quina serà la nova intensitat (I₂)?
I₁ / I₂ = (kVp₁ / kVp₂)²
240 µGy / I₂ = (58 kVp / 54 kVp)² ≈ (1,074)² ≈ 1,153
I₂ = 240 µGy / 1,153 ≈ 208,15 µGy
A una SID (Distància Font-Imatge) de 100 cm, la intensitat és 0,13 mGy. Si la SID es redueix a 91 cm, quina serà la nova intensitat (I₂)?
I₁ / I₂ = (d₂ / d₁)²
0,13 mGy / I₂ = (91 cm / 100 cm)² ≈ (0,91)² ≈ 0,8281
I₂ = 0,13 mGy / 0,8281 ≈ 0,157 mGy
Una exposició a 120 kVp / 30 mAs a una SID de 100 cm produeix 1,2 mGy (error en l'original, 12 mR ≈ 0,12 mGy). Si la SID augmenta a 300 cm, quina serà la nova intensitat (I₂) i quins mAs (mAs₂) es necessitarien per mantenir la intensitat original de 1,2 mGy a la nova distància?
Part 1: Nova intensitat (I₂) a 300 cm amb 30 mAs.
I₁ / I₂ = (d₂ / d₁)²
1,2 mGy / I₂ = (300 cm / 100 cm)² = 3² = 9
I₂ = 1,2 mGy / 9 ≈ 0,133 mGy
Part 2: Nous mAs (mAs₂) per mantenir 1,2 mGy a 300 cm.
Cal compensar la caiguda d'intensitat deguda a la distància augmentant els mAs. La intensitat és proporcional als mAs i inversament proporcional al quadrat de la distància: I ∝ mAs / d².
Per mantenir I constant (I₁ = I₂): mAs₁ / d₁² = mAs₂ / d₂²
30 mAs / (100 cm)² = mAs₂ / (300 cm)²
mAs₂ = 30 mAs × (300 cm / 100 cm)² = 30 mAs × 3² = 30 mAs × 9 = 270 mAs
(Els càlculs originals per a la pregunta 6 semblen confusos i barregen passos).

Entradas relacionadas:

Etiquetas: