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UNIVERSITAT DE BARCELONA

Institute for LifeLong Learning Institut de Formació Contínua Instituto de Formación Continua Universitat de Barcelona

TUBO CONVENCIONAL DE RX ANTONIO HERNÁNDEZ MARTÍNEZ

1.

INTRODUCCIÓN

Los Rx surgen cuando los electrones acelerados son frenados en materia sólida, lo que se conoce como Bremsstrahlung que significa en alemán “radiación de frenado”. Las ventajas de los tubos electrónicos eran: –

Regulación independiente del alto voltaje de la corriente del tubo.

–

Elección de la dureza de Rx requerida.

–

Elección de la intensidad necesaria.

Sólo una pequeña parte de la energía (1 %) se convierte en Rx mientras que el resto (99 %), constituida en forma de calor, es disipada por el ánodo.

2.

EL FOCO LINEAL

Requisitos en radiología diagnóstica: –

La definición de las imágenes.

–

Obtención de intensa radiación para tener cortos tiempos de exposición.

Para ello es necesario: –

Puntos focales pequeños (lo más puntiformes posible).

–

Buena refrigeración para disipar el calor.

No obstante, quedaba por superar: –

La protección contra la radiación.

–

La seguridad eléctrica.

1 © de esta edición: Fundació IL3-UB, 2010 DIAGNÓSTICO POR LA IMAGEN B-36512-2010

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–

La definición de imágenes.

–

La fiabilidad y la vida de los tubos de Rx.

3.

TUBOS ELECTRÓNICOS

Estos tubos se han hecho realidad gracias a: –

La incorporación de cátodos calientes.

–

Ánodos de tungsteno.

–

Puntos focales reducidos capaces de ser lineales y de soportar grandes cargas.

CÁTODO En la actualidad, los filamentos utilizados son hilos de tungsteno de 0,2 a 0,3 mm; al menor le corresponde un punto focal menor y, al mayor, uno más grande con una tensión inferior a los 15 V produciendo una emisión termoiónica que puede variar su intensidad entre 3 y 8 A y generándose una nube de electrones en el entorno del filamento.

La intensidad de la corriente del filamento se mide en amperios y la intensidad del tubo en mA, expresándose la tensión utilizada en Kv.

El punto de inflexión entre los que se considera alto y bajo Kv es alrededor de 60 Kv. La orientación y el aumento de velocidad de estos electrones hacia el ánodo se realiza por medio de la denominada copa de enfoque que tiene carga negativa. ÁNODO. FOCO O PUNTO FOCAL Se denomina foco, punto focal o blanco la parte del ánodo donde inciden los electrones acelerados, y es el punto de origen de los Rx, dispersándose en todas direcciones de forma isotrópica. El material anódico pasó de ser de metales de aluminio y platino a ser de tungsteno; su gran ventaja es: –

El rendimiento expresado en (%) de energía que llega al metal convirtiéndose en Rx, siendo proporcional al número atómico (Z) del material tungsteno (Z = 74), platino (Z = 78), oro (Z = 79), plomo (Z = 82).

–

Su carga específica máxima admisible expresada en mm2 que puede soportar el punto focal dependiendo de la temperatura de fusión del foco. Tantalio (3.000 º C), tungsteno (3.400 º C), platino (1.770 º C), oro (1.060 º C), y plomo (327 º C).

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Otro aspecto que conviene destacar es la capacidad conductiva térmica del ánodo por lo que el tungsteno tiene mayor capacidad conductiva que el tantalio, por lo que es el material idóneo utilizado.

En los tubos de Rx de ánodo estacionario, el blanco de tungsteno de 2 a 3 mm de espesor está embutido dentro de un bloque de cobre para aprovechar la buena disipación térmica del cobre. Por la gran intensidad de calor que debe soportar el foco debe tener el tamaño correspondiente a la carga que debe soportar. La mayoría de los Rx producidos en todas direcciones (isotrópicamente) son absorbidos en el interior del tubo saliendo al exterior el haz útil de Rx con una forma cónica a través de la ventana de la carcasa y cuyo vértice se halla en el blanco. FOCO LINEAL O FOCO GOETZE. FOCO EFECTIVO Y FOCO REAL Para aumentar la superficie de incidencia anodal, se procedió a su angulación en ánodos estacionarios de 45 º; posteriormente se redujo a 16 º y, en la actualidad, se utilizan de hasta 10 º. Por debajo de 5 º, se aprecia una caída de intensidad de radiación en las proximidades del ánodo, y se refleja como una especie de sombra que se conoce como efecto talón. La sección útil, del haz de Rx a una determinada distancia, depende del ángulo anódico: –

En los tubos de Rx se mantiene una relación de 2/3 : 1.

–

En los tubos de radioterapia es de 1 : 1 al utilizarse con angulación de 45 º.

Carga máxima admisible en el foco Para conseguir la adecuada velocidad de los electrones, de modo que produzcan Rx, se requiere: –

Alta tensión entre ánodo y cátodo.

–

Alto vacío en el interior del tubo.

El número de electrones provenientes del cátodo y que chocan con el ánodo y su velocidad determina la cantidad y la calidad de Rx producidos.

A mayor velocidad de los electrones, mayor energía y los Rx serán de menor l y de mayor poder de penetración y, por tanto, de mayor Kv, lo que recuerda que la energía de los fotones es directamente proporcional a la velocidad.

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En fluoroscopia, se utiliza tensiones de 40 a 100 Kv, e intensidades de décimas a 4mA. En radiografías instantáneas, las altas tensiones van de 25 a 150 Kv, y la intensidad de la capacidad del tubo, entre 10 y 1.000 mA. En radioterapia, se emplea tensiones de 5 a 250 Kv (o más) y menores intensidades, de 1 a 30 mA. La exposición radiográfica exige que el foco tenga una cierta carga durante un determinado tiempo (W/s), o también expresado en unidades térmicas (U.T.). Se denomina carga máxima admisible a la carga que puede soportar en W o en KW, un tubo de Rx durante 1 segundo. Una corriente continua produce 1,4 veces más unidades térmicas que una alterna. En la actualidad, casi todos los aparatos funcionan con corriente alterna. La cantidad de energía capaz de soportar un foco de tungsteno por mm2 en un segundo es aproximadamente de 200 W o 280 U.T. La relación entre la capacidad de carga del tubo y los tiempos de exposición se expresan por medio de gráficos de valores nominales llamados monogramas. El calor que se genera en un foco de Rx debe disiparse rápidamente a fin de evitar que exceda el punto de fusión que, para el tungsteno es de 3.400 º C.

4.

CLASES DE TUBOS DE RX

Para radioterapia: –

De 1 a 30 mA.

–

El tamaño del foco no es importante.

–

Ángulos anódicos de 32 a 45 º.

–

Relación entre la sección transversal y la distancia focal de 1 : 1.

–

Grandes exigencias en enfriamiento y disipación térmica.

Para radiodiagnóstico: –

Tubos de ánodo estacionario con doble foco de 6 kW y 1,5 o 2 kW.

–

Cátodo con dos filamentos, uno para cada punto focal.

–

Ánodo a base de un disco de Wolframio embutido en cobre.

–

En la actualidad se utiliza ánodos giratorios.

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TUBOS DE ÁNODO GIRATORIO Se caracterizan por: –

Carga específica muy alta.

–

Foco relativamente pequeño.

Con las siguientes peculiaridades técnicas: •

Ánodo a base de material de tungsteno + renio (10 %) que lo hace más resistente a los cambios de temperatura. La masa principal es de tungsteno y molibdeno, más ligero, para poder conseguir un giro de hasta 9.000 r.p.m.

•

La disipación térmica se consigue por medio de grafito en la superficie de choque de electrones en el ánodo.

•

Los diámetros de ánodo utilizados son de 50, 75, 90 y 125 mm.

•

Punto focal en el borde del disco anodal: –

En ánodos de 3.000 r.p.m. se dispone de hasta 21 cm de pista.

–

En los de 9.000 r.p.m., se consigue 53 cm de pista focal.

•

El disco gira sobre su propio eje, facilitado por unos cojinetes autolubricantes cuyo giro se produce por medio de un campo electromagnético que se crea fuera del tubo (estátor) generando una corriente inducida en el interior (rotor), consiguiéndose así el giro.

•

Los tubos de corriente trifásica utilizan una frecuencia de 50 Hz, de donde 50 ? 60 = 3.000 r.p.m. En los de 9.000 r.p.m. utilizan 150 Hz.

Detalles estructurales Las radiaciones que no salen por la ventanilla del tubo de Rx son absorbidas por el blindaje de la carcasa. Por tanto, desde que se produce, la radiación es filtrada por varios filtros que son: –

Los filtros fijos o inherentes:

–

La ventanilla.

–

El aislamiento del tubo.

–

Su carcasa y blindaje.

Sus valores se expresan en mm, equivalentes del metal de aluminio (Al). –

Los filtros añadidos:

–

Aluminio hasta tensiones de 100 kV.

–

Cobre por encima de los 100 kV.

–

Filtros combinados.

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Tratan de homogeneizar las diferentes longitudes de onda que componen el haz de Rx. En determinadas aplicaciones para exploraciones de partes blandas, se utiliza ventanillas Lindemann constituidas por vidrio de litio (Z=3), boro (Z=5), aunque en la actualidad se usa el berilio (Z=4). Construcción de tubos y aparatos en relación con la protección de radiación y de la alta tensión Es importante el perfecto conocimiento en la manipulación de los aparatos de Rx para aplicar correctamente las normas de radioprotección y de protección eléctrica. El blindaje de los tubos es el responsable de evitar posibles fugas a través de la carcasa, y las paredes, suelos, puertas, ventanas y techos, de frenar la radiación dispersa. Los sistemas de alta tensión y los cables eléctricos se fabrican a prueba de descargas, con conexiones a tierra con blindaje continuo. No obstante, la manipulación debe realizarse únicamente en los elementos de los aparatos predispuestos para ella como botoneras, mandos, palancas, etc. Blindaje y disipación térmica Se trata del blindaje forrado en plomo y en el interior, entre éste y el vidrio de Pyrex del tubo de Rx, se halla aceite que actúa como refrigerante, aunque otros sistemas utilizan el aire por convección. Los cables eléctricos incluidos en un tubo de Rx son: –

Monofilar de alta tensión para el ánodo.

–

Trifilar de alta tensión para el cátodo.

–

Cable del termointerruptor.

–

Cable para el estátor que hace girar el ánodo.

En fluoroscopia, el filamento consume unos 40 W y las pérdidas por frotamiento del ánodo son menores, y pueden llegar a 200 o 300 W. Aislamiento y refrigeración La forma más sencilla de aislamiento utilizada antaño era por aire en el espacio existente entre tubo y carcasa; se incluyó posteriormente un ventilador para la renovación del aire. Después, se utilizó la conducción continua de agua por medio de mangueras que refrigeraban el ánodo de forma continua. Finalmente, el aceite de alta rigidez es el más utilizado como aislante permitiendo la reducción en el tamaño de tubos de Rx y carcasas. El vidrio envuelto en aceite refrigerante es capaz de soportar altas temperaturas aunque el aceite no debe llegar a 100 º C.

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Existen diversas formas de utilización del aceite como aislante: –

Refrigeración estática mural.

–

Refrigeración estática forzada.

–

Refrigeración circulante forzada.

El inconveniente en la utilización de aceite es que, con los cambios térmicos, puede padecer cambios químicos con sedimentación y obstrucción en el fluido.

5.

REQUERIMIENTOS CLÍNICOS PARA LOS TUBOS DE RX

Es muy importante tener en cuenta la fiabilidad de los parámetros escogidos correspondiéndose con la calidad de la imagen radiográfica por lo que es fundamental: –

Las características del tipo de tubo de Rx utilizado.

–

El tipo de detector.

–

La geometría de la radiación.

–

La duración y frecuencia de la operación.

•

Las unidades móviles: denominadas también portátiles, se utilizan tubos con ánodo giratorio y generadores de descarga de condensador para las largas exposiciones en pacientes encamados. Trabaja con tensiones de 220 V y potencias de 10 A de corriente de la red y con un máximo voltaje transformado de 125 Kv adaptado a la posibilidad de doble foco de 0,6 y 1,3 mm de longitud.

•

En las exploraciones combinadas de radiografía y fluoroscopia: se utiliza tubos con focos de 0,5 a 1,2 mm y con 12-15 º de ángulo anódico, y son capaces de soportar altas capacidades de carga para tiempos de exposición de hasta 20 mseg.

•

Las angiografías o estudios cardíacos y vasculares: necesitan puntos focales pequeños del orden de 0,5 mm con gran resistencia utilizándose elementos de material cerámico.

Debido a los movimientos cardíacos, los tiempos de exposición deben ser cortos, de 8 mseg, aunque posiblemente el mayor problema consista en la disipación del calor generado.

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