Interacciones de los Rayos X con la Materia

CALOR DEL ÁNODO:

Los electrones proyectil interaccionan con los electrones de las capas externas de los átomos del blanco, pero no transfieren la suficiente energía a los electrones de las capas externas como para ionizarlos, pasan a un estado energético excitado. Los electrones de la capa externa vuelven a su estado normal de energía con la emisión de radiación infrarroja. Excitación y relajación responsable del calor generado en los ánodos de los tubos de RX. La producción de calor en el ánodo aumenta directamente con el incremento de la corriente del tubo de RX. Al duplicar la corriente del tubo de RX se dobla el calor producido. La producción de calor también aumenta directamente al crecer el calor del kV.

RADIACIÓN CARACTERÍSTICA:

1º electrón proyectil interacciona con las capas internas del átomo. 2º se ioniza el átomo mediante extracción de un electro de la capa interna. 3º Un electrón de una capa mas externa ocupa el hueco electrónico temporal que se ha producido en una capa más interna. Entra el electrón, toca el electrón ionizado de la capa K, lo toca y cambia de dirección.

RADIACIÓN DE BREMSSTRAHLUNG O DE FRENADO:

1º Electrón proyectil interacciona con el núcleo del átomo del blanco. Se frena y cambia de dirección (por la influencia del campo magnético). La energía cinética se convierte en energía electromagnética. 2º La perdida de energía del electrón proyectil da lugar a un RX. Los RX de baja energía se producen cuando un electrón proyectil se ve débilmente influenciado por el núcleo. Los RX de alta energía se producen cuando un electrón proyectil pierde toda la energía cinética y se aleja del núcleo. – cerca – influencia – energía + cerca + influencia + energía.

ESPECTRO DE EMISIÓN DE RAYOS CARACTERÍSTICOS:

Aparecen cinco líneas verticales que representan los rayos XK y cuatro líneas verticales que representan los rayos XL. Las otras líneas de baja energía representan emisiones características de capas electrónicas externas. Los rayos XK son los únicos RX característicos del tungsteno con energía suficiente para poder usarse en el diagnóstico radiológico.

ESPECTRO DE RAYOS X DE BREMSSTRAHLUNG:

Estas energías abarcan desde el máximo de energía eléctrica hasta cero. tubo de RX funciona a 90 kV, se pueden emitir RX de bremsstrahlung con energías de hasta 90 keV. La energía máxima (en keV) de los RX de bremsstrahlung es numéricamente igual a los kV de funcionamiento. El número máximo de RX se emite con una energía de un tercio de la energía máxima. El número de RX emitidos disminuye rápidamente a energías bajas.

FACTORES QUE AFECTAN A LA EMISIÓN DE RX:

La forma del espectro de emisión es siempre la misma, posición relativa sobre el eje de energías puede variar. Cuanto +derecha se encuentre el espectro, mayor es la energía efectiva o calidad del haz de RX. Cuanto mayor sea el área bajo la curva, + elevada es la intensidad o cantidad de RX. Existen varios factores controlados por el técnico que influye en el tamaño y la forma del espectro de emisión de RX.

EFECTO DEL mA y LOS mAs:

El espectro de emisión de RX cambia de amplitud, pero no de forma. Intensidad = Cantidad Poder de penetración (energía) = calidad.

EFECTO DEL KV

: Aumenta el valor de kV, distribución relativa de la energía de los RX emitidos se desplaza a la derecha, con energía de RX media mayor. Energía máxima de emisión de RX= al kV. Un cambio kV afecta tanto a la amplitud como a la posición del espectro de emisión de RX.

EFECTO DE LA FILTRACIÓN AÑADIDA:

La filtración al haz de RX útil reduce la intensidad del haz de RX y aumenta la energía media. La filtración añadida absorbe con mayor eficacia los RX de baja energía que los RX de alta energía. es un aumento en la energía media del haz de RX con una reducción simultánea en la cantidad de RX.

EFECTO DEL MATERIAL DEL BLANCO:

Al incrementar el número atómico del blanco se potencia la eficiencia de la producción de RX y la energía de los RX característicos y de bremsstrahlung. Es una consecuencia directa de las mayores energías de enlace de los electrones asociadas al número atómico.

5 INTERACCIONES DE LOS RX CON LA MATERIA

RX presentan longitudes de onda muy cortas, de 10 -8 a 10 -9  m. Al aumentar la energía de un RX disminuye su longitud de onda. Los RX de baja energía tienden a interaccionar con átomos enteros, diámetros de unos 10 -9  a 10 -10 m. Los RX de energía moderada interacciona (electrones) y los RX de energía elevada (núcleos)

DISPERSION COHERENTE :

*No hay transferencia de energía *No hay ionización * Dispersión por cambio de dirección *Los rayos implicados suelen ser de baja energía *Longitud igual (l =l’). 1º El RX incidente choca contra el átomo diana, haciendo que se excite. 2º EL átomo libera energía en forma de RX dispersado con l igual al RX incidente, igual energía, pero distinta dirección

DISPERSIÓN COMPTON:

-Se produce cuando un RX de energía moderada choca con electrones de las capas mas externas – Provoca la ionización del átomo diana, cambio de dirección de RX y reducción de energía. -La  l  de RX dispersado es superior a la del RX incidente – El RX incidente cede energía de enlace – Provoca la ionización del átomo – Energía y frecuencia; directamente proporcional – Longitud y frecuencia; inversamente proporcional. LA energía del RX dispersado con dispersión Compton es igual a la diferencia entre la energía del RX incidente y la energía del electrón expulsado

Ei = Ed + (Ee + Ec )

Energía RX incidente = energía RX dispersado + energía de enlace + energía cinética. 1º El RX dispersado es absorbido fotoeléctricamente 2º El electrón Compton pierde toda su energía cinética mediante ionización y excitación y desciende para ocupar su lugar (hueco en la capa electrónica). Los RX que regresan al haz incidente, llama “radiación de retrodispersión”. La probabilidad de la dispersión Compton disminuye al aumentar la energía. La radiación Compton produce una densidad óptica uniforme en la placa convencional y una intensidad uniforme en el RI, por tanto disminuye el contraste de la imagen.

DEPENDENCIA DEL Nª ATÓMICO

: Efecto Compton: no contribuye en la imagen y provoca ruido (ennegrecimiento) Efecto fotoeléctrico: contribuye en la imagen y áreas claras. Absorción diferencial aumenta al medir el kV (calidad de la imagen = kV)

PRODUCCION DE PARES :

RX incidente > 1,02 MeV. 1º Un RX incidente con una energía mayor a 1,02 megaelectroenvoltio interacciona con el campo nuclear. 2º Crean 2 electrones que poseen cargas eléctricas una+(positrón) y - (electrón). Positrón se une a un electrón libre y la masa de ambas partículas se convierte en energía, en un proceso llamado radiación de aniquilación.

EFECTO FOTOELECTRICO:

1º Se produce cuando un RX es absorbido totalmente durante la ionización de un electrón de las capas mas internas. 2º Fotón incidente desaparece y el electro de la capa K “Foto electrón”, es expulsado del átomo. Escapa con una Ec = ERxi – Eb  Energía del RX incidente –  Energía de enlace. En el fotoelectrón de átomos con Z bajo la Ec es casi igual a la del RX incidente. Tiene que tener un mínimo de la energía suficiente para romper la energía de enlace del electrón. La probabilidad de este efecto es directamente proporcional al Z del material absorbente elevado al cubo. Z reducido = Ec casi igual al RX incidente. Z elevado= Ec del fotoelectrón es inferior.

FOTODESINTEGRACIÓN:

1º Los RX de alta energía (10Mev) son absorbidos directamente por el núcleo por lo tanto el núcleo pasa a un estado de excitación. 2º En esa excitación se produce un fragmento nuclear. El fragmento nuclear que hemos expulsado esta compuesto de nucleones (hay distinto numero de protones + que de neutrones) y de una cantidad de energía muy elevada, por lo tanto ese fragmento nuclear va a provocar radiación en busca de la estabilidad

ABSORCIÓN

: RX interacciona con el tejido; dispersión Compton y efecto fotoeléctrico. Métodos de producción RX; RX de Brem y los característicos. RX dispersados provocan un ruido, para reducir se utilizan técnicas para reducir el nº de RX dispersos. Absorcion diferencial aumenta al reducir el valor de kV. La producción de radiografías de alta calidad exige una selección adecuada del valor de kV para que la energía efectiva del RX produzca una absorción diferencial y la escala de contraste de la imagen, expone al paciente a una dosis mayor. un equilibrio para cada exploración.

DEPENDENCIA DE LA DENSIDAD DE MASA:

+densidad = +probabilidad de que interaccionen y se absorbas. +Densidad de tejidos = +Compton / +Transmisión RX. +Energía = - interacciones Compton, -fotoeléctricos y +transmisión a través de tejidos. +Z = +fotoeléctricos. Agentes de contraste = Z mayor y densidad superior a los tejidos blandos .