El Tub de Raigs X: Funcionament, Parts i Evolució

Evolució del Tub de Raigs X

Primers Tubs i Problemes

En els primers tubs de raigs X, el voltatge accelerava els electrons (e-) del càtode i els raigs X sortien quan aquests impactaven amb el vidre.

Problemes:

• El vidre es podia trencar degut a l'impacte dels electrons.
• El focus era molt gran, resultant en poca resolució d'imatge.
• Els generadors eren poc potents, requerint temps d'exposició molt llargs.
• No hi havia protecció adequada i el buit no era total, causant pèrdua d'energia.

Millores Històriques

Introducció del Càtode Còncau (1897)

El 1897 es va introduir el càtode còncau, que permetia concentrar els electrons en una zona petita, fent-los convergir en un punt. Alhora, els generadors es van fer més potents.

Problemes: Més electrons en la mateixa zona significava més escalfor, i els vidres es trencaven més sovint. Inicialment, el càtode es quedava fix i el tub girava.

El Tub amb Anticàtode (1898)

El 1898 va aparèixer el tub amb anticàtode. L'elèctrode connectat a l'ànode formava part de l'anticàtode (inicialment de platí, que es fon a 1000°C). Els electrons impactaven amb l'anticàtode, una superfície metàl·lica capaç d'aguantar més potència, en lloc del vidre. Això va permetre reduir els temps d'exposició. Una distància curta entre càtode i anticàtode assegurava que els electrons no es desviessin.

Uns 10 anys més tard, es va canviar el material a **tungstè (W)**, molt més resistent (punt de fusió 3400°C). Es va fer necessari refredar la barra metàl·lica (anticàtode) per evitar que es trenqués amb l'impacte dels electrons.

És important distingir entre la potència que pot subministrar un generador i la potència que pot suportar un tub; aquesta última limita la possibilitat de reduir els temps d'exposició.

El Tub Coolidge (1913)

El 1913 va arribar el tub Coolidge, un tub termoiònic on l'anticàtode desapareix com a element separat. Funcionen per escalfament del càtode. Tenen dos circuits elèctrics: el primer de baix voltatge (escalfa el filament del càtode) i el segon d'alt voltatge (accelera els electrons del càtode cap a l'ànode). Aquests tubs tenen un buit total i utilitzen tungstè.

Components d'un Tub Actual

El Càtode

Actualment, el **Càtode** consta d'un filament de tungstè (W) i una copa d'enfoc (o de focalització). Com més petit és el focus, més qualitat té la imatge.

Per què tenen 2 o 3 filaments? Per obtenir diferents mides de focus (més potència implica pitjor resolució). Aquests filaments no actuen simultàniament, sinó que es seleccionen mitjançant circuits independents.

L'Ànode

L'**Ànode** (també anomenat blanc o focus) és la zona on impacten els electrons i d'on surten els raigs X. Està fet d'un material eficaç que suporta altes energies. Les seves funcions són:

• Actuar com a elèctrode positiu, atraient i accelerant els electrons. És un bon conductor elèctric.
• Dissipar la calor produïda pels impactes dels electrons. Per això, el material de l'ànode ha de ser un bon conductor de la calor i suportar altes temperatures.
• Ser el focus productor de raigs X (material capaç de transformar l'energia cinètica dels electrons en radiació d'alta energia).

El suport de l'ànode pot ser:

• **Fixe:** Només en tubs petits que treballen amb poca potència.
• **Rotatori:** Una làmina circular on els electrons impacten en una zona que va girant. Això evita que els electrons impactin sempre al mateix punt i reparteix l'escalfor en una superfície més gran. Com més gran és l'ànode i més ràpid gira, més potència pot suportar.

Focus Tèrmic vs. Focus Efectiu

El **Blanc o Focus de l'Ànode** és la part eficaç en la producció de raigs X.

• **Focus Tèrmic:** És la zona on impacten els electrons. La producció de raigs X s'orienta cap avall des d'aquest punt.
• **Focus Efectiu:** És la mida aparent de la font de raigs X vista des del punt d'imatge. La mida que obtenim a la imatge és la del focus efectiu. Com més petit és, més nitidesa s'obté.

Principi de Focus Lineal

El **Principi de Focus Lineal** s'aplica quan l'angle anòdic és molt petit (vertical). La superfície d'impacte dels electrons (focus tèrmic) és molt gran, però l'escalfor es reparteix. Això permet aconseguir un focus efectiu petit per tenir més resolució.

Objectius d'un Tub Modern

Els objectius d'un tub actual són:

• Oferir bona resolució d'imatge (focus efectiu petit).
• Permetre treballar amb temps d'exposició curts (mil·lisegons), reduint la dosi al pacient i millorant la resolució (evitant moviment).
• Suportar més potència.

Què fa possible complir aquests objectius? El focus lineal, l'ús de materials adients, l'ànode rotatori i els sistemes de refrigeració.

L'Efecte Anòdic

L'**Efecte Anòdic** es relaciona amb l'angulació de l'ànode. Els raigs X s'originen a l'ànode. Degut a l'angle, els fotons que surten cap al costat de l'ànode han de travessar més material de l'ànode per sortir (perden energia, s'atenuen), mentre que els que surten cap al costat del càtode surten més fàcilment.

Selecció del Focus

La **Selecció del Focus** permet triar entre:

• **Focus Gruixut:** Suporta més potència, adequat per a estructures grosses i denses. Ofereix menor resolució.
• **Focus Fi:** Aguanta menys potència, però proporciona millor resolució, ideal per a estructures petites.

La Carcassa del Tub

La **Carcassa del Tub** envolta el tub de raigs X i té un blindatge de plom per evitar que s'escapi radiació en direccions diferents al feix útil. La radiació que s'escapa s'anomena **Radiació de Fuga**. La carcassa també protegeix contra el risc d'electrocució i conté l'oli de refrigeració.

Producció de Raigs X

La **Producció de Raigs X** es produeix per dos mecanismes diferents:

Radiació Característica

Els electrons projectils procedents del càtode arrenquen electrons dels àtoms de tungstè (W). Quan aquests àtoms tornen al seu estat fonamental, emeten radiació característica. Aquesta radiació és limitada i s'emet en un espectre discontinu (només a energies concretes, per al W, l'energia màxima és de 69 keV).

Radiació de Frenat (Bremsstrahlung)

Interacció dels electrons projectils amb el nucli dels àtoms de tungstè. L'electró porta una energia cinètica molt gran i, quan passa a prop del nucli, aquest l'atrau, el frena i el desvia. L'energia cinètica que perd l'electró es transforma en radiació (fotons de raigs X). L'electró continua el seu trajecte amb menys energia. L'energia del fotó alliberat depèn de l'energia cinètica inicial de l'electró i de com de prop passi del nucli. Aquesta radiació s'emet en un espectre continu d'energies.

Filtració de Fotons de Baixa Energia

Els fotons de baixa energia són inútils per a la formació d'imatge, però són ionitzants i no travessen el cos del pacient, causant una dosi extra innecessària. Per això, els fotons de baixa energia s'eliminen amb filtres. La filtració està regulada per llei (requereix un mínim de mm d'alumini equivalent).

Mamografia: Ànode de Mo i Rh

En els mamògrafs, l'ànode sol ser de Molibdè (Mo) o Rodi (Rh). De fet, en un mateix ànode es pot triar el material per obtenir diferents energies. En mamografia, la radiació característica té molta importància (és abundant) i la de frenat és menys rellevant, ja que es treballa amb energies baixes (kV baixos) per obtenir més precisió i contrast en teixits tous.

Quantitat i Qualitat de Radiació

La **Quantitat i Qualitat de Radiació** emesa depenen de diversos paràmetres:

El Voltatge (kV)

És la diferència de potencial entre l'ànode i el càtode. Acelera els electrons, donant-los energia cinètica (Ec). Aquesta Ec es converteix en radiació. L'energia dels fotons de raigs X depèn principalment del kV. El kV determina la **Qualitat** del feix de raigs X (la seva energia mitjana), fent-lo més o menys penetrant. També influeix en el contrast de la imatge i en la producció de radiació dispersa.

La Intensitat (mA) i Temps (s)

És la intensitat del corrent que circula pel filament del càtode (electrons per segon). Determina el nombre d'electrons que surten del càtode i són accelerats cap a l'ànode per segon. Això és proporcional al nombre de fotons de raigs X produïts per segon. El mA, juntament amb el temps d'exposició (s), determina la **Quantitat** total de radiació (**mAs = mA x s**). El mAs influeix directament sobre la dosi absorbida pel pacient i és proporcional al nombre total de fotons de raigs X durant tota l'exposició.

Tècniques d'Exposició

Les **Tècniques d'Exposició** poden ser:

• **3 punts:** Es fixen kV, mA i temps (ms).
• **2 punts:** Es fixen kV i mAs.
• **Exposimetria Automàtica (AEC):** Utilitza fotocèl·lules. Es selecciona el kV i el sistema mesura la radiació que arriba a les fotocèl·lules (col·locades sota el pacient, a la zona d'interès). Les fotocèl·lules es programen per obtenir una densitat (gris) correcta a la imatge. Quan la radiació acumulada arriba al nivell preestablert, el dispar s'atura automàticament.

Corbes de Càrrega

Les **Corbes de Càrrega** indiquen la potència que un tub és capaç de suportar durant un temps determinat. Si se supera la càrrega màxima permesa, el sistema de seguretat no permetrà realitzar l'exposició.