Interacción de Partículas Cargadas y Producción de Rayos X en Radiología

Interacción de Partículas Cargadas con la Materia

Las partículas cargadas interactúan con la materia de diferentes maneras, principalmente a través de la colisión coulombiana. Esta consiste en la interacción de la carga de las partículas incidentes con las cargas de los electrones y protones de los átomos del medio.

Tipos de Colisiones

• Colisión elástica: La partícula choca con los átomos del medio, desviándose de su trayectoria y cediendo una cierta cantidad de energía cinética. No produce alteración atómica ni nuclear en el medio.
• Colisión inelástica: La partícula interacciona con los electrones atómicos transfiriendo a estos pequeñas cantidades de energía. La energía transferida puede provocar que el electrón atómico escape de la atracción del núcleo, produciendo la ionización del átomo, o que el electrón atómico pase a un estado menos ligado, produciéndose la excitación del átomo.
• Colisión radiativa: La partícula cargada se “frena” o se “desvía” en su interacción con los átomos del medio y, como resultado, emite ondas electromagnéticas conocidas como radiación de frenado.

Efecto de frenado: Si la partícula tiene una masa elevada, la intensidad de la radiación de frenado será menor.

Características de los Rayos X en Radiología Convencional

El rendimiento de la interacción de electrones con el material del blanco es extremadamente bajo: aproximadamente un 1% se convierte en radiación y el resto se disipa en procesos de ionización y excitación (calor).

El Espectro de Rayos X

• Parte discreta del espectro: Se caracteriza porque una longitud de onda corta equivale a más energía y una longitud de onda larga a menos energía. La energía es distinta para cada elemento y produce una transición que provoca el rayo X característico.
• Parte continua del espectro: Es la radiación de frenado denominada Bremsstrahlung.

Factores que modifican el espectro de rayos X

• Corriente del tubo (mA): Controla el flujo de electrones del cátodo al ánodo; a mayor mA, mayor cantidad de fotones.
• Tiempo de exposición (s): Determina el número total de fotones en el haz.
• Potencial del tubo (kV): Determina la intensidad y la posición de emisión de los rayos X.
• Filtración del haz (mm Al eq): Aumenta la energía media y la penetración, pero disminuye la intensidad total. Se divide en inherente, añadida y total.
• Material del blanco (Z): El número atómico influye en la parte discreta; a mayor Z, el espectro se desplaza hacia una mayor energía.
• Rectificación de onda de tensión: Aumenta la cantidad de rayos X por un número mayor de electrones incidentes que interactúan con la capa K.

Cantidad y Calidad de los Rayos X

La cantidad de rayos X se refiere a la intensidad o número de fotones en el haz útil:

• mAs: Al doblar la corriente, se dobla el número de electrones que alcanzan el blanco.
• kVp: Doblar la tensión aumenta significativamente la intensidad y la penetración.
• Distancia: Se rige por la ley del inverso del cuadrado de la distancia.
• Filtración: Reduce la intensidad global de todo el espectro, especialmente en la parte de baja energía.

La calidad del rayo define la capacidad de penetración de un haz:

• Haz duro: Alta penetración o alta calidad.
• Haz blando: Baja penetración o baja calidad.

Dosis al Paciente y Atenuación

La dosis del paciente se ve afectada por varios factores:

• El aumento del kVp reduce la dosis al paciente, ya que permite disminuir los mAs para mantener un nivel de densidad óptica aceptable.
• La filtración debe ser suficiente para evitar que el paciente sea irradiado con fotones de baja energía que no contribuyen a la imagen.
• Cuanto mayor sea el mAs, mayor será la dosis que recibe el paciente.

Atenuación de fotones

La atenuación es la desaparición progresiva de los fotones que constituyen el haz. Se define como el proceso de absorción sumado al proceso de dispersión. La ley de atenuación se aplica a un haz monoenergético de fotones que incide perpendicularmente.

Interacciones principales

• Interacción fotoeléctrica: El fotón interactúa con el átomo invirtiendo toda su energía en arrancar un electrón.
• Interacción Compton: El fotón interactúa con un electrón atómico poco ligado, generando un fotón dispersado de menor energía y un electrón con energía cinética igual a la diferencia de energía entre ambos fotones.

Componentes y Función del Tubo de Rayos X

• Generador: Proporciona corriente al tubo, incluye el circuito para el filamento y el alto voltaje para acelerar los electrones.
• Circuito de baja tensión: Corriente que alimenta al filamento o cátodo para que emita electrones.
• Circuito del filamento: Regula el flujo de corriente a través del filamento mediante un transformador de baja tensión.
• Circuito de alto voltaje (Cátodo y Ánodo): Incorpora un amperímetro que mide los mA del circuito.
• Rectificación: Convierte la corriente alterna en corriente casi continua.

Sistemas de Generación

• Generador monofásico: Es unidireccional, suprime la onda negativa y protege el tubo de rayos X.
• Generador trifásico: Proporciona un voltaje casi constante mediante tres juegos de bobinas.
• Generador de alta frecuencia: Utiliza un rectificador-convertidor para transformar la corriente en alta frecuencia. Se eleva el voltaje, se rectifica y se filtra de nuevo para suministrar al tubo de rayos X una corriente casi continua.