Calor del ánodo

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. Esta excitación y relajación es la 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 incrementarse el valor del kV.

Radiación característica

Radiación característica:

  1. El electrón proyectil interacciona con las capas internas del átomo.
  2. Se ioniza el átomo mediante la extracción de un electrón de la capa interna.
  3. Un electrón de una capa más externa ocupa el hueco electrónico temporal que se ha producido en la capa más interna; al entrar, interactúa con el electrón ionizado de la capa K, puede producirse un cambio de dirección y emisión de un fotón característico.

Radiación de Bremsstrahlung (de frenado)

Radiación de bremsstrahlung o de frenado:

  1. El electrón proyectil interacciona con el núcleo del átomo del blanco. Se frena y cambia de dirección por la influencia del campo (carga) nuclear. La energía cinética se convierte en energía electromagnética.
  2. La pérdida de energía del electrón proyectil da lugar a un fotón de 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 gran parte de su energía cinética cerca del núcleo.

Cerca — influencia — energía; a mayor proximidad al núcleo, mayor influencia y mayor energía del fotón emitido.

Espectro de emisión de rayos X característicos

Espectro de emisión de rayos X 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

Espectro de rayos X de bremsstrahlung: Estas energías abarcan desde el máximo de energía eléctrica hasta cero. Si un 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 aproximadamente un tercio de la energía máxima. El número de RX emitidos disminuye rápidamente a energías bajas.

Factores que afectan a la emisión de RX

Factores que afectan a la emisión de RX: La forma del espectro de emisión es siempre la misma, pero la posición relativa sobre el eje de energías puede variar. Cuanto más a la derecha se encuentre el espectro, mayor es la energía efectiva o calidad del haz de RX. Cuanto mayor sea el área bajo la curva, mayor es la intensidad o cantidad de RX. Existen varios factores controlados por el técnico que influyen 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 en amplitud, pero no en forma. Intensidad = cantidad. Poder de penetración (energía) = calidad. Incrementar mA o mAs aumenta la cantidad de fotones sin alterar la distribución de energías.

Efecto del kV

Aumentar el valor de kV desplaza la distribución relativa de la energía de los RX emitidos hacia la derecha, con una mayor energía media de RX. La energía máxima de emisión de RX es igual al valor de kV. Un cambio en 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 de alta energía, por lo tanto produce un aumento de la energía media del haz con una reducción simultánea en la cantidad de RX.

Efecto del material del blanco

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

Interacciones de los RX con la materia

Interacciones de los RX con la materia: Los RX presentan longitudes de onda muy cortas, del orden 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 interaccionan principalmente con electrones y los de energía elevada pueden interaccionar con núcleos.

Dispersión coherente

  • No hay transferencia de energía al átomo (no hay ionización).
  • Dispersión por cambio de dirección.
  • Los rayos implicados suelen ser de baja energía.
  • La longitud de onda es igual antes y después (λ = λ’).

1º El RX incidente interactúa con el átomo diana, provocando una excitación colectiva. 2º El átomo libera energía en forma de RX dispersado con la misma longitud de onda que el incidente, misma energía, pero distinta dirección.

Dispersión Compton

Dispersión Compton:

  • Se produce cuando un RX de energía moderada choca con electrones de las capas más externas.
  • Provoca la ionización del átomo diana, cambio de dirección del RX y reducción de energía del fotón.
  • La longitud de onda del RX dispersado es superior a la del RX incidente.

El RX incidente cede energía al electrón arrancado; provoca la ionización del átomo. La energía y la frecuencia son directamente proporcionales; longitud de onda y frecuencia son inversamente proporcionales. La energía del RX dispersado en dispersión Compton es igual a la diferencia entre la energía del RX incidente y la energía del electrón expulsado.

Ei = Ed + (Ee + Ec)

Ei: Energía del RX incidente = Ed: energía del RX dispersado + Ee: energía de enlace + Ec: energía cinética del electrón expulsado.

1º El RX dispersado puede ser absorbido fotoeléctricamente más adelante. 2º El electrón Compton pierde su energía cinética mediante ionización y excitación y desciende para ocupar su hueco en la capa electrónica. Los RX que regresan al haz incidente se denominan 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 la imagen; por tanto disminuye el contraste de la imagen.

Dependencia del número atómico

Efecto Compton: no contribuye a la formación de la imagen y provoca ruido (ennegrecimiento). Efecto fotoeléctrico: contribuye a la imagen y produce áreas claras. La absorción diferencial aumenta al modificar el kV (la calidad de la imagen depende del kV).

Producción de pares

Producción de pares: Ocurre cuando el RX incidente tiene energía superior a 1,02 MeV. 1º Un RX incidente con energía mayor a 1,02 megaelectronvoltios (MeV) interacciona con el campo nuclear. 2º Se crean dos partículas: un positrón (carga positiva) y un electrón (carga negativa). El positrón puede encontrarse con un electrón libre y aniquilarse mutuamente, convirtiendo la masa de ambas partículas en energía en un proceso llamado radiación de aniquilación.

Efecto fotoeléctrico

Efecto fotoeléctrico:

  1. Se produce cuando un RX es absorbido totalmente durante la ionización de un electrón de las capas más internas.
  2. El fotón incidente desaparece y el electrón de la capa K (fotoelectrón) es expulsado del átomo.

El fotoelectrón escapa con una energía Ec = ERxi – Eb, es decir, energía del RX incidente menos energía de enlace. En átomos con número atómico bajo, Ec es casi igual a la del RX incidente. Debe existir una energía mínima para romper la energía de enlace del electrón. La probabilidad de este efecto es directamente proporcional a Z^3 del material absorbente. Z reducido = Ec casi igual al RX incidente. Z elevado = Ec del fotoelectrón inferior en comparación con el fotón incidente.

Fotodesintegración

Fotodesintegración: 1º Los RX de muy alta energía (aproximadamente ≥ 10 MeV) son absorbidos directamente por el núcleo; el núcleo pasa a un estado excitado. 2º En esa excitación puede producirse la emisión de fragmentos nucleares. El fragmento nuclear expulsado está compuesto de nucleones (con distinta proporción de protones y neutrones) y posee una gran cantidad de energía, por lo tanto ese fragmento nuclear provocará radiación hasta alcanzar la estabilidad.

Absorción

Absorción: Los RX interaccionan con el tejido principalmente por dispersión Compton y efecto fotoeléctrico. Los métodos de producción de RX son los RX de bremsstrahlung y los característicos. Los RX dispersados provocan ruido; para reducirlo se utilizan técnicas para disminuir el número de RX dispersos. La absorción 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 deseada; esto puede exponer al paciente a una dosis mayor, por lo que se busca un equilibrio para cada exploración.

Dependencia de la densidad de masa

Dependencia de la densidad de masa: A mayor densidad de masa, mayor probabilidad de que interactúen y se absorban los RX. Una mayor densidad de tejidos implica más interacciones Compton y más transmisión atenuada de RX. A mayor energía de los fotones: disminuyen las interacciones Compton y fotoeléctricas, y aumenta la transmisión a través de los tejidos. A mayor número atómico (Z) hay más efectos fotoeléctricos. Los agentes de contraste tienen un Z mayor y una densidad superior a los tejidos blandos.