CURSO DE SEGUNDO NIVEL DE FORMACIÓN EN PROTECCIÓN RADIOLÓGICA PARA RADIOLOGÍA INTERVENCIONISTA

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1 CURSO DE SEGUNDO NIVEL DE FORMACIÓN EN PROTECCIÓN RADIOLÓGICA PARA RADIOLOGÍA INTERVENCIONISTA Tema 2. Tecnología y características físicas de los equipos y haces de rayos X en Radiología Intervencionista. Magnitudes y unidades radiológicas en Radiología Intervencionista.

2 Índice Producción de Rayos X Calidad haz de Rayos X Características equipos de Radiología Intervencionista Magnitudes y unidades dosimétricas NOTA: Esta presentación ha sido realizada a partir de material elaborado por la OIEA y CSN para su empleo en formación a profesionales en Protección Radiológica en Radiología Intervencionista

3 Producción de RX El Tubo de RX está formado por: Generador: voltaje Cátodo o filamento Ánodo o blanco Ampolla de Vacío Blindaje y filtros

4 Producción de RX: ESQUEMA 1. Generador proporciona corriente a cátodo (filamento) y crea diferencia de potencial 1 2. Debido al proceso TERMOIÓNICO se arrancan electrones del cátodo Electrones son acelerados e interactúan con el ánodo (blanco) 4 4. Se PRODUCEN RAYOS X mediante las interacciones electrón-materia (ánodo): - Colisión inelástica (espectro discreto) - Bremmstrahlung (espectro continuo)

5 Producción de RX: Colisión Inelástica Las partículas cargadas excitan al átomo que en su desexcitación emite un RX característico RX característicos: Partícula incidente excita/ioniza al átomo. En el proceso al equilibrio se emite un RX cuya energía es característica de los orbitales del átomo. Estado fundamental Excitación Átomo excitado Desexcitación A, Z y magnitudes asociadas Hidrógeno Z = 1 E K = 13.6 ev Carbono Z = 6 E K = 283 ev Fósforo Z = 15 E K = 2.1 kev Wolframio Z = 74 E K = 69.5 kev Uranio Z = 92 E K = kev

6 Producción de RX: Bremmstrahlung Las partículas cargadas pierden energía por las interacciones con los electrones y protones del medio Colisión radiativa: La partícula se «frena» al interaccionar con el átomo emitiendo un fotón (Radiación de frenado o Bremmstrahlung). e - e - - Mayor número RX para materiales con mayor número atómico (Z) - 99% energía de los electrones se disipa en forma de calor - Conforman la parte continua del espectro de RX Colisión radiativa

7 Producción de RX: Bremmstrahlung Energía máxima de los fotones de Bremsstrahlung Energía cinética de los electrones incidentes En el espectro de rayos X de las instalaciones de radiología: Máx (energía) = Energía al voltaje de pico del tubo de rayos X E Bremsstrahlung Bremsstrahlung tras filtración kev kev

8 Producción de RX El espectro de rayos X está formado por dos componentes: Espectro continuo RADIACIÓN DE FRENADO (Bremmstrahlung) Espectro discreto RADIACIÓN CARACTERÍSTICA

9 Producción de RX El Tubo de RX está formado por: Generador: voltaje Ánodo o blanco Cátodo o filamento Ampolla de Vacío Blindaje y filtros

10 Producción de RX Generador Suministra energía eléctrica con dos objetivos: - Generar corriente en el filamento (Corriente (ma) ) - Acelerar los electrones (Voltaje (kv) ) Parámetros seleccionables desde CONSOLA

11 Producción de RX Filamento (Cátodo) Emite electrones al calentarse (EFECTO TERMOIÓNICO): Mayor corriente Mayor temperatura Mayor nº electrones Material metálico (Ej. Wolframio) - Alto punto fusión - Alta emisividad de electrones - No se evapora fácilmente

12 Producción de RX Filamento (Cátodo) Foco fino: Mejor calidad de imagen: menor penumbra Menor número de fotones mayor tiempo de disparo Foco grueso: Mayor número de fotones Menor calentamiento del filamento

13 Producción de RX Ánodo Blanco contra el que chocan los electrones procedentes del cátodo tras ser acelerados Material metálico (Ej. Wolframio) - Alto punto fusión - Alta conductividad (disipar calor) - Alto Z

14 Producción de RX Ángulo Ángulo Ancho haz incidente de electrones tamaño real mancha focal Tamaño aparente mancha focal tamaño real mancha focal tamaño aparente de mancha focal aumentado Ánodo Estacionario Rotatorio - Ángulo anódico: Tamaño mancha focal MENOR ÁNGULO MAYOR RESOLUCIÓN

15 Producción de RX Ánodo Estacionario Rotatorio - Ángulo anódico: Tamaño mancha focal MENOR ÁNGULO MAYOR RESOLUCIÓN

16 Intensidad Producción de RX Efecto Talón/ Anódico: La intensidad es menor en la parte del haz más cercana al ánodo Motivos del efecto talón: - Ley del inverso del cuadrado de la distancia - Distinto espesor de absorbente atravesado - Distinto espesor del blanco U a b c V El efecto talón NO SIEMPRE ES NEGATIVO : Compensación diferentes espesores paciente

17 Producción de RX VACÍO Vacío Todos los elementos están en un recipiente de vidrio que se le ha hecho el vacío Blindaje Absorber radiación de fuga (no haz útil) PLOMO Proteger altos volajes ACEITE MINERAL

18 Producción de RX Curvas de carga Representan ma en ordenadas (escala lineal) y tiempo en abscisas (escala logarítmica) Las curvas indican para cada kv el límite máximo de selección simultánea de intensidad (ma) y tiempo de exposición (t) ma 70 kvp 80 kvp 90 kvp 100 kvp 110 kvp 125 kvp 150 kvp 50 kvp 60 kvp 0,001 0,01 0, Tiempo máximo exposición (segundos)

19 Producción de RX Tubos controlados por rejilla: Además de ánodo y cátodo, este tipo de tubos tienen un tercer electrodo Este tercer electrodo para la emisión de RX sin tener que frenar el alto voltaje establecido entre ánodo y cátodo Permite obtener pulsos mucho más cortos que los convencionales (fluoroscopia) Los pulsos tienen la duración programada, no tienen colas Pulsos cortos llevan a una mejor calidad de imagen: menor borrosidad cinética La dosis al paciente es menor, pues la dosis de las colas no contribuye a generar la imagen

20 Producción de RX Filtración: Espesores de material (Cu, Al) colocados en la ventana de salida del haz Reducen la radiación de baja energía del espectro, que no contribuye a la formación de la imagen Endurecen el haz Reducen la dosis en piel del paciente Reducen la intensidad total del haz Puede ser de dos tipos: Inherente:» Ampolla de vidrio, aceite y ventana de salida, 0,5-1 mm Al Añadida:» Filtros adicionales de Cu y Al con espesores variables» Utilizada sobre todo en intervencionismo y pediatría» Espesores habituales en intervencionismo son de 4-5 mm Al

21 Producción de RX Filtración: Espesores de material (Cu, Al) colocados en la ventana de salida del haz

22 Producción de RX Control automático de exposición/brillo (CAE) Cámara de ionización (detector) corta el disparo cuando la dosis que ha llegado al sistema de imagen es la adecuada para formar una imagen diagnóstica Elección óptima de los parámetros técnicos para evitar exposición innecesaria (kv, ma) Detección de dosis entre paciente y sistema de imagen Compensación CAE con el espesor del paciente

23 Producción de RX RESUMEN 1. Generador hace pasar corriente por filamento (ma) y crea tensión (kv) 2. Se emiten electrones de cátodo por efecto termoiónico 3. Se aceleran los electrones y chocan (interaccionan) con el ánodo 4. Se producen Rayos X por colisión inelástica (E. discreto) y Bremmstrahlung (E. continuo)

24 Calidad haz de RX Factores que modifican el espectro de RX Potencial del tubo(kv) Corriente del tubo (ma) Filtración Material del ánodo (número atómico) Tipo de forma de onda

25 Calidad haz de RX POTENCIAL / TENSIÓN DEL TUBO (kv) - kv determina la energía de los electrones - Si aumenta kv Mayor Energía máxima Mayor Energía media Mayor Intensidad - Técnica de bajo kilovoltaje Alto contraste - Técnicas de alto kilovoltaje Gran espesor en paciente

26 Calidad haz de RX CORRIENTE DEL TUBO (ma) - ma (s) determina la cantidad de electrones y por tanto RX - Si aumenta ma ( s ) Mayor cantidad RX Mayor nitidez en imagen Mayor dosis a paciente MATERIAL ÁNODO Determina la energía de los picos característicos y cantidad fotones de frenado FILTRADO - Reducción fotones de baja Y alta energía - Exceso de filtrado Menor penetración Mayor carga de trabajo para la máquina

27 Calidad haz de RX RESUMEN Cantidad de rayos X Corriente del tubo (ma) Tiempo exposición (s) Potencial del tubo (kv) Forma de onda Filtración Distancia foco-piel Calidad de los rayos X Potencial del tubo (kv) Filtración Forma de onda

28 Calidad haz de RX Radiación primaria Radiación de haz directo transmitida a través de un determinado espesor de tejido Radiación secundaria Radiación de fuga + radiación dispersa Radiación de fuga: Radiación que sale a través de la coraza de plomo que encapsula el tubo y que no forma parte del haz útil. Radiación dispersa: Cuando los RX interaccionan con los diferentes medios pueden sufrir una interacción Compton, perdiendo parte de la energía y cambiando su dirección Carece de interés diagnóstico.

29 Calidad haz de RX Radiación dispersa : Carece interés diagnóstico - Reduce contraste y resolución en imagen El aumento de la radiación dispersa se produce al: - Aumento kv - Aumento tamaño del campo - Aumento espesor tejido atravesado La reducción de la radiación dispersa se produce al: - Disminuir kv (aumenta dosis paciente ) - Colimación - Disminución espesor Compresión (Mamografía) - Rejilla antidifusora

30 Calidad haz de RX Rejilla antidufusora: Dispositivo con láminas plomadas que se coloca entre el paciente y el sistema receptor de imagen Reduce radiación dispersa que llega al receptor de imagen - Reduce la borrosidad - Mejora el contraste Reduce parte de la radiación primaria - Aumento dosis al paciente (CAE) tubo RX haz primario paciente haz disperso rejilla receptor de imagen

31 Características equipos RI Receptores de imagen Películas radiográficas Intensificadores de imagen Sistemas digitales CR Sistemas digitales DR

32 Características equipos RI El intensificador de imagen es un material fotoemisivo que emite electrones cuando sobre él inciden RX. 1. Transformación RX en luz visible (3000 por cada RX) 2. Fotones del visible llegan al fotocátodo y se forman electrones 3. Electrones acelerados e inciden sobre pantalla fluorescente 4. Imagen formada ha sido amplificada

33 Características equipos RI El intensificador de imagen es un material fotoemisivo que emite electrones cuando sobre él inciden RX.

34 Características equipos RI Sistemas digitales directos (DR) sustituyen a los portachasis convencionales por paneles de detectores integrados La imagen no ha de ser procesada y aparece en segundos en el monitor Dependiendo de cómo se produce la conversión de RX a señal eléctrica, dos tipos:

35 Características equipos RI Especificaciones en equipos de intervencionismo según especialidad o tipo de intervención - Técnicas: frames/s, tamaño focal, ajuste tensión (kv), nº tubos de RX, tipo de video cámara, - Modalidades de operación: Exposición digital, Fluoroscopia, Fluoroscopia HQ, Rastreo, Movimiento, Mapa. Conocimiento modalidades equipo Mejora calidad imagen Tasa dosis a la entrada del paciente PROTECCIÓN RADIOLÓGICA PACIENTE Y TRABAJADORES

36 Características equipos RI: Modalidades (Ejemplo)

37 Características equipos RI: Modalidades (Ejemplo)

38 Características equipos RI Radiografía y tomografía Generadores monofásicos y trifásicos (tecnología de inversión) salida: 30 kw a 0.3 mm de tamaño de mancha focal Salida: kw a 1.0 mm de tamaño de mancha focal Selección de kv y mas, AEC Radiografía y fluoroscopia Equipos bajo la mesa de exploración, generadores trifásicos (tecnología de inversión) salida continua de W salida: 50 kw a 1.0 mm de tamaño de foco para grafía salida: 30 kw at 0.6 mm de tamaño de foco para fluoroscopia (alta resolución) Con prioridad al contraste Selección automática del kv

39 Características equipos RI Radiografía y fluoroscopia Equipo sobre la mesa de exploración, generador trifásico (tecnología de inversión) salida continua de 500 W, al menos salida: 40 kw a 0.6 mm de tamaño de foco en grafía salida: 70 kw a 1.0 mm de tamaño de foco para fluoroscopia (alta resolución) Prioridad al contraste Selección automática de kv Angiografía cardiaca Generador trifásico salida continua 1kW Salida: 30 kw a 0.4 mm de tamaño de foco salida: 80 kw a 0.8 mm de tamaño de foco Tasa de filmación: hasta 120 imágenes (fr)/s

40 Características equipos RI TIPOS DE CÁMARAS DE TV Cámaras de TV PLUMBICON (Cardiología) Tienen mucha menos persistencia de imagen que las VIDICON La menor persistencia permite seguir el movimiento con borrosidad mínima Pero aumenta el RUIDO CUÁNTICO (cámaras para cardiología) Fluoroscopia digital Las secuencias de películas de fluoroscopia digital se limitan usualmente por su pobre resolución, que está determinada por la cámara de TV y no es mejor que unos 2 pl/mm para un sistema de TV de 1000 líneas Si el sistema de TV es uno de 525 líneas nominales, un marco consiste generalmente en 525² = píxeles. Cada píxel necesita 1 byte (8 bits) o 2 bytes (16 bits) de espacio para grabar el nivel de señal

41 Magnitudes y unidades dosimétricas Magnitudes DOSIMÉTRICAS - Exposición y tasa de exposición - KERMA y Dosis absorbida Magnitudes de RADIOPROTECCIÓN - Magnitudes Limitantes: Dosis equivalente (H), Dosis efectiva - Magnitudes operacionales: Equivalente dosis ambiental(h*(d)), Equivalente dosis personal (Hp(d)) Magnitudes dosimétricas relacionadas (dosis superficial y profunda, factor de retrodispersión Magnitudes dosimétricas específicas (Mamografía, TC, )

42 Magnitudes y unidades dosimétricas Exposición: Cociente del valor absoluto de la carga de los iones producidos en aire, dq, cuando todos los electrones liberados por los fotones absorbidos en dm son detenidos X dq dm Unidad SI : Culombio/kilogramo (C/kg) Unidad especial : Roentgen (R) 1 R = 2,58 x 10-4 C/kg Observaciones: - Definida para fotones (ej RX) en aire y en eq. Electrónico - Difícil de medir para energías bajas - De poco interés para dosimetría paciente

43 Magnitudes y unidades dosimétricas Kerma (Kinetic Energy Released per unit MAss): Cociente entre energía cinética transmitida a partículas cargadas del medio por la radiación incidente y la masa K detr dm Unidad SI : Gray (Gy = J/kg) Unidad especial : rad 1 Gy = 100 rad Observaciones: - Definida para fotones y neutrones - Magnitud de interés para radioterapia

44 Magnitudes y unidades dosimétricas Dosis absorbida: Cociente entre energía absorbida por un material y su masa dm. D d dm Unidad SI : Gray (Gy = J/kg) Unidad especial : rad 1 Gy = 100 rad Observaciones: - Magnitud dosimétrica de mayor interés - Definida para cualquier tipo de radiación - Utilización en radiobiología, dosimetría a pacientes Con 4 Gy se puede provocar la muerte de un sistema biológico aunque se incremente su temperatura ºC

45 Magnitudes y unidades dosimétricas Relación Dosis absorbida-exposición D f X - f depende del tipo de material y la energía de la radiación Relación Dosis absorbida-kerma TABLA 3 Factor f que relaciona DOSIS ABSORBIDA con EXPOSICIÓN para FOTONES de energías desde 10 kev a 2 MeV en condiciones de equilibrio Energía de Dosis absorbida/exposición fotones Agua Hueso Músculo (kev) Gy kg/c rad/r Gy kg/c rad/r Gy kg/c rad/r 10 35,4 0, ,48 35,8 0, ,0 0, ,86 35,8 0, ,7 0, ,09 35,8 0, ,4 0, ,26 35,7 0, ,5 0, ,04 35,9 0, ,0 0, ,53 36,1 0, ,6 0, ,91 36,5 0, ,7 0,946 75,4 1,94 36,9 0, ,2 0,960 56,2 1,45 37,2 0, ,6 0,971 41,3 1,065 37,4 0, ,7 0,973 38,1 0,982 37,4 0, ,8 0,974 36,6 0,944 37,4 0, ,8 0,974 36,3 0,936 37,4 0, ,8 0,975 36,2 0,933 37,4 0, ,8 0,975 36,1 0,932 37,4 0, ,8 0,975 36,1 0,931 37,4 0, ,8 0,975 36,1 0,931 37,4 0, ,8 0,975 36,0 0,930 37,4 0, ,8 0,974 36,1 0,931 37,4 0,965 - KERMA coincide con la dosis absorbida en condiciones de equilibrio electrónico. RADIODIAGNÓSTICO

46 Magnitudes y unidades de radioprotección Equivalente de dosis : Tiene en cuenta la distinta eficacia biológica relativa de los diferentes tipos de radiación ionizante en niveles bajos de exposición. D = dosis absorbida ; Q = Factor calidad en un punto H Q D Unidad SI : Sievert (Sv = J / kg) Unidad especial: rem ; 1Sv = 100 rem Observaciones: - Q es una constante adimensional que pondera la efectividad biológica de la calidad de radiación

47 Magnitudes y unidades de radioprotección Magnitudes limitantes : Utilizadas para establecer los límites máximos con tal de proteger a los seres humanos de los posibles efectos nocivos de las radiaciones ionizantes. - Dosis equivalente en órgano, H T - Dosis efectiva, E

48 Magnitudes y unidades radioprotección Dosis equivalente: Los efectos de la radiación sobre un órgano no dependen solo de la energía absorbida, D, sino también del tipo de radiación y su energía. Por eso se introducen los factores de ponderación para el tipo de radiación, w R H T, R wr DT, R Unidad SI : Sievert (Sv = J / kg) Unidad especial: rem ; 1Sv = 100 rem Tipo de radiación w R Fotones 1 Electrones 1 Protones 2 α, frag. de fisión 20 Neutrones Curva continua en función de E

49 Magnitudes y unidades radioprotección Dosis efectiva : Es la suma de las dosis ponderadas en todos los tejidos y órganos w T del cuerpo especificados en la normativa a causa de irradiaciones internas y externas. E wt HT wt wr DT, R T T, R Unidad SI : Sievert (Sv = J / kg) Unidad especial: rem ; 1Sv = 100 rem Tipo de radiación w T Gónadas 0,08 RADIOSENSIBILIDAD Colon, médula ósea, pulmón, estómago, mama Vejiga, esófago, hígado, tiroides 0,12 0,04 Cerebro, piel 0,01

50 Magnitudes y unidades de radioprotección Magnitudes operacionales : Definidas para proporcionar una aproximación razonable de las magnitudes limitantes ya que éstas no son medibles. - Equivalente de dosis ambiental, H*(d) - Equivalente de dosis personal, H p (d) Valores de «d» sirven para distinguir radiación débilmente penetrante o fuertemente penetrante

51 Magnitudes y unidades de radioprotección Equivalente de dosis ambiental, H*(d) : en un punto de un campo de radiación, es el equivalente de dosis que se produciría por el correspondiente campo alineado en el esfera ICRU a una profundidad d sobre el radio opuesto a la dirección del campo alineado Unidad SI : Sievert (Sv = J / kg) Unidad especial: rem ; 1Sv = 100 rem Observaciones: Vigilancia de área Radiaciones débilmente penetrantes - d = 0.07 mm para la piel H*(0.07) - d = 3 mm para el cristalino H*(3) Radiaciones fuertemente penetrantes - d = 10 mm, H*(10)

52 Magnitudes y unidades de radioprotección Equivalente de dosis personal, H p (d) : es el equivalente de dosis en tejido blando situado por debajo de un punto especificado sobre el cuerpo y a una profundidad apropiada d. Unidad SI : Sievert (Sv = J / kg) Unidad especial: rem ; 1Sv = 100 rem Observaciones: Vigilancia individual Radiaciones débilmente penetrantes - d = 0.07 mm para la piel H*(0.07) - d = 3 mm para el cristalino H*(3) Radiaciones fuertemente penetrantes - d = 10 mm, H*(10)

53 Magnitudes y unidades dosimétricas Magnitudes dosimétricas relacionadas Producto dosis área (DAP) - Dosis en aire en un plano integrada en el área de interés. - El DAP (cgy cm 2 ) es constante con la distancia ya que la dependencia cuadrática con la distancia se cancela con la de la sección transversal - Gran mayoría de equipos actuales proporcionan esta magnitud por cada disparo o intervención. Cámaras de transmisión integradas. - Permite estimar la dosis efectiva en paciente En adultos la dosis efectiva (msv) se puede aproximar como E = 0,2 * DAP

54 Magnitudes y unidades dosimétricas Magnitudes dosimétricas relacionadas Producto dosis área (DAP) - Dosis en aire en un plano integrada en el área de interés. - El DAP (cgy cm 2 ) es constante con la distancia ya que la dependencia cuadrática con la distancia se cancela con la de la sección transversal - Gran mayoría de equipos actuales proporcionan esta magnitud por cada disparo o intervención. Cámaras de transmisión integradas. Dosis superficial a la entrada (ESD) - Dosis medida en aire a la entrada del paciente. No es siempre indicativo de la dosis recibida por el paciente. - Contiene factor retrodispersión

55 Magnitudes y unidades dosimétricas Magnitudes dosimétricas específicas Dosis glandular promedio (AGD) - Magnitud específica de mamografía. Promedio de la dosis absorbida por el tejido glandular mamario - No puede medirse directamente. En Europa se suele emplear el método de DANCE D G = ESAK gcs ESAK = Kerma en aire a la entrada de la mama (sin retrodispersión) gcs = Factores de Dance que tienen en cuenta glandularidad y densidad de la mama

56 Magnitudes y unidades dosimétricas Magnitudes dosimétricas específicas CTDI y DLP (Magnitudes específicas TC) - El CTDI es el Índice Dosimétrico para CT. La definición más empleada es, CTDI 100 = 1 N x T f z dz N x T = Espesor nominal de corte f(z) = perfil de dosis CTDI w = 1 3 CTDI c CTDI p CTDI vol = CTDI w /pitc

57 Magnitudes y unidades dosimétricas Magnitudes dosimétricas específicas CTDI y DLP (Magnitudes específicas TC) CTDI vol = CTDI w /pitc - DLP es el producto de la Dosis-distancia DLP = CTDI vol L