El Tubo de Rayos X: Elemento Fundamental
El tubo de rayos X es el elemento fundamental del equipo de radiología. Se compone de dos elementos principales:
- Cátodo: Calentado por una corriente eléctrica que emite electrones (e-).
- Ánodo: Hacia el cual se aceleran los electrones. Estos producen radiación de frenado y emisión de rayos X característicos.
Estructura Externa del Tubo
Soporte
Permite manipular el tubo y su revestimiento. Existen diversos tipos:
- Soporte de techo: Es el más frecuente. Emplea guías telescópicas articuladas con anclajes en el techo que permiten la orientación del tubo según determine el operador, tanto en altura como lateralmente.
- Soporte suelo-techo: Consiste en una columna acoplada a rieles en el techo y el suelo.
- Soporte en C: El tubo y el receptor quedan enfrentados.
- Otros soportes: Equipos portátiles que incorporan brazos articulados orientables (pueden no tener un soporte fijo).
Carcasa
La carcasa cumple funciones críticas para el funcionamiento y la seguridad:
- Reduce la radiación de fuga.
- Suministra un soporte mecánico que protege al tubo.
- Ayuda en la refrigeración del sistema.
Se trata de una estructura metálica en cuyo interior se encuentra el tubo. Está fabricada en aluminio o acero revestido de plomo y presenta una abertura inferior denominada ventana. El interior contiene aceite, que actúa como refrigerante del tubo y aislante eléctrico.
Envoltura
Su función principal es mantener el vacío dentro del tubo y soportar elevadas temperaturas.
- Está fabricada de metal o vidrio termorresistente (tipo Pyrex).
- En su interior se alojan el cátodo y el ánodo.
Al producirse el disparo, los rayos X son emitidos en todas direcciones:
- Radiación útil: Sale por la ventana en dirección al objeto.
- Radiación dispersa: Se absorbe por la estructura de la carcasa y otros elementos del tubo.
- Radiación de fuga: Algunos rayos se escapan de la estructura, lo que representa una exposición innecesaria.
Estructura Interna
El tubo dispone de un filamento (emisor de electrones) y de un blanco (donde impactarán los electrones).
A) Cátodo: La Parte Negativa
Es la parte negativa del tubo donde se emiten los electrones. Está formado por:
Filamento
Es una espiral de hilo conductor con dos conexiones:
- Un extremo conectado al generador de baja tensión: Controla la intensidad de corriente (mAs), determinando la cantidad de electrones y la intensidad del haz.
- Otro extremo conectado al generador de alta tensión: Proporciona la diferencia de potencial entre cátodo y ánodo (kVp), determinando la velocidad de los electrones y la energía del haz de rayos X.
La corriente eléctrica calienta el filamento hasta que se vuelve incandescente. La alta temperatura ioniza los átomos y el filamento emite electrones mediante emisión termoiónica. Generalmente, se fabrican con wolframio toriado debido a su mayor efectividad, baja presión de vapor y facilidad para la emisión de electrones.
Existen dos tipos de filamentos:
- Foco fino: Más pequeño, utilizado para obtener una mejor resolución.
- Foco grueso: De mayor longitud, se usa cuando se requiere una alta producción de rayos X (por ejemplo, en estudios de abdomen).
Para valores de intensidad menores a 300 mA, el uso del foco fino conlleva riesgo de daño por exceso de carga, por lo que suele emplearse el foco grueso. El tamaño del filamento afecta la emisión de electrones y la calidad de la imagen. El punto focal se selecciona desde el selector de mA.
Copa Focalizadora
Es una pieza metálica donde se alojan los filamentos. Su función es condensar el haz de electrones y dirigirlo al blanco. Está cargada positivamente para evitar la dispersión de los electrones causada por la interacción electrostática entre ellos durante la emisión.
B) Ánodo: La Parte Positiva
Es el lugar donde chocan los electrones acelerados desde el cátodo. Sus partes son:
- Estructura de soporte: Un cilindro de cobre.
- Blanco: Área del ánodo donde chocan los electrones, situada frente al filamento. Está fabricado con una aleación de wolframio con renio para mayor resistencia.
En mamografía, se usan blancos de molibdeno o rodio para producir radiación menos intensa. El wolframio es el material de elección por su alto punto de fusión, alto número atómico (eficiencia) y buena conductividad térmica.
Funciones del ánodo:
- Soporte mecánico al blanco.
- Disipación del calor generado.
- Actuar como foco emisor de rayos X.
Tipos de Ánodos
- Estacionario o Fijo: El blanco es una lámina de wolframio incrustada en el cilindro. Se usa en equipos que no requieren potencias altas.
- Rotatorio: El blanco es un disco de wolframio que gira sobre un eje accionado por un rotor. Se usa en equipos generales. En este tipo, la superficie del blanco es perimetral y mucho mayor (aprox. 4.400 mm²), lo que permite una disipación del calor más de 1.000 veces superior al ánodo estacionario.
Punto Focal y Efecto Talón
Punto Focal Térmico o Real
Es el área del blanco donde impactan los electrones y se emiten los rayos X; es la fuente real de radiación. La mayor parte de la energía (95-99%) se convierte en calor y solo el 1-5% en rayos X.
Un foco térmico grande soporta más calor pero reduce el detalle. Esto se soluciona inclinando el ánodo (5-10 grados), logrando que el foco efectivo visto desde el exterior sea más pequeño que el real, mejorando el detalle sin daño térmico.
Efecto Anódico o Talón
Provoca que el haz sea más intenso cerca del cátodo debido a la inclinación del ánodo. Los rayos X que atraviesan más material del ánodo pierden intensidad (hasta un 45%). Por ello, al radiografiar zonas de distinto grosor, se coloca la parte más gruesa del cuerpo cerca del cátodo.
Principios de Funcionamiento
Los electrones se liberan por emisión termoiónica al calentarse el filamento. Al encender el equipo, la corriente de baja tensión calienta el filamento; pequeños cambios en esta corriente producen grandes cambios en la emisión. Los electrones liberados son atraídos al ánodo positivo y acelerados por el circuito de alta tensión.
Capacidad de Almacenamiento de Calor
Se mide en kJ o en HU (Heat Units). La fórmula básica es HU = kVp × mAs. En generadores trifásicos de alta frecuencia, se aplica un factor corrector: HU_trifase = 1,38 × kVp × mAs.
La disipación se realiza a través del aceite (absorción), el eje del ánodo (conducción) y la carcasa (convección). Los fabricantes proporcionan tablas de enfriamiento para determinar el tiempo de espera necesario entre exposiciones.
El Generador
Es el sistema de circuitos que suministra la energía adecuada al tubo, adaptando el voltaje de la red (220V) mediante:
- Transformador de bajo voltaje: Controla la corriente del filamento (mA).
- Transformador de alto voltaje: Eleva el voltaje hasta 150.000V para determinar la energía del haz (kVp).
Fallos del Tubo de Rayos X
La vida útil depende de los parámetros técnicos elegidos. El calor extremo puede causar:
- Erosión y fusión del ánodo.
- Vaporización del wolframio, que se deposita en la envoltura e interfiere con los electrones.
- Rotura del filamento en el cátodo por vaporización progresiva.
- Desequilibrio en el giro del ánodo por fallos en el motor de inducción.