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

• Producción de Rayos X
• Calidad haz de Rayos X
• Características equipos de Radiología Intervencionista
• Magnitudes y unidades dosimétricas
Índice
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

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

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
2
3. Electrones son acelerados e interactúan
con el ánodo (blanco)
3
4. Se PRODUCEN RAYOS X mediante las
interacciones electrón-materia (ánodo):
- Colisión inelástica (espectro discreto)
- Bremmstrahlung (espectro continuo)
4

Producción de RX: Colisión Inelástica
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.
Las partículas cargadas excitan al átomo que en su desexcitación emite un RX
característico
Estado fundamental Excitación
Átomo excitado Desexcitación
A, Z y magnitudes asociadas
• Hidrógeno Z = 1 EK= 13.6 eV
• Carbono Z = 6 EK= 283 eV
• Fósforo Z = 15 EK= 2.1 keV
• Wolframio Z = 74 EK= 69.5 keV
• Uranio Z = 92 EK= 115.6 keV

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).
Colisión
radiativa
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

Producción de RX: Bremmstrahlung
Bremsstrahlung
E
keV
50 100 150 200
Bremsstrahlung
tras filtración
keV
• 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 V
a b c
Intensidad
El efecto talón NO SIEMPRE ES NEGATIVO : Compensación diferentes
espesores paciente

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

Producción de RX
0,001 0,01 0,1 1
Tiempo máximo exposición (segundos)
10
0
150 kVp
1400
1200
1000 110 kVp
800 125 kVp
600
400
200
100 kVp
80 kVp
90 kVp
mA 70 kVp
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)

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

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”
• 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
• Reducen la dosis en piel del paciente
• Reducen la intensidad total del haz

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

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

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)

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

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
- Técnicas de alto kilovoltaje
Alto contraste
Gran espesor en paciente

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

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

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.

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

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

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

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

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

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:

• 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

Características equipos RI: Modalidades (Ejemplo)

Radiografía y tomografía
• Generadores monofásicos y trifásicos (tecnología de
inversión)
– salida: 30 kW a 0.3 mm de tamaño de mancha focal
– Salida: 50 - 70 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 300 - 500 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

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

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 = 250000 píxeles. Cada píxel necesita 1 byte (8 bits) o 2
bytes (16 bits) de espacio para grabar el nivel de señal

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, …)

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

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

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 0.001 ºC

Relación Dosis absorbida-Exposición
D  f X
Relación Dosis absorbida-KERMA
- KERMA coincide con la dosis absorbida en
condiciones de equilibrio electrónico.
RADIODIAGNÓSTICO
- f depende del tipo de material y la energía de
la radiación
TABLA 3
Factor f que relaciona DOSIS ABSORBIDA con EXPOSICIÓN
para FOTONES de energías desde 10 keV a 2 MeV en condiciones
de equilibrio
Dosis absorbida/exposición
Energía de
fotones
(keV)
Agua
Gy kg/C rad/R
Hueso
Gy kg/C rad/R
Músculo
Gy kg/C rad/R
10 35,4 0,914 135 3,48 35,8 0,925
15 35,0 0,903 150 3,86 35,8 0,924
20 34,7 0,895 158 4,09 35,8 0,922
30 34,4 0,888 165 4,26 35,7 0,922
40 34,5 0,891 157 4,04 35,9 0,925
50 35,0 0,903 137 3,53 36,1 0,932
60 35,6 0,920 113 2,91 36,5 0,941
80 36,7 0,946 75,4 1,94 36,9 0,953
100 37,2 0,960 56,2 1,45 37,2 0,960
150 37,6 0,971 41,3 1,065 37,4 0,964
200 37,7 0,973 38,1 0,982 37,4 0,965
300 37,8 0,974 36,6 0,944 37,4 0,966
400 37,8 0,974 36,3 0,936 37,4 0,966
500 37,8 0,975 36,2 0,933 37,4 0,966
600 37,8 0,975 36,1 0,932 37,4 0,966
800 37,8 0,975 36,1 0,931 37,4 0,966
1000 37,8 0,975 36,1 0,931 37,4 0,966
1500 37,8 0,975 36,0 0,930 37,4 0,966
2000 37,8 0,974 36,1 0,931 37,4 0,965

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
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, HT
- Dosis efectiva, E

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, wR
HT ,R  wR ·DT ,R
Tipo de
radiación
𝒘𝑹
Fotones 1
Electrones 1
Protones 2
α, frag. de fisión 20
Neutrones
Curva continua en
función de E

Magnitudes y unidades radioprotección
Dosis efectiva : Es la suma de las dosis ponderadas en todos los
tejidos y órganos 𝐰𝐓 del cuerpo especificados en la normativa a
causa de irradiaciones internas y externas.
T T ,R
 wT wR ·DT ,R
E  wT HT
Tipo de radiación 𝒘𝑻
Gónadas 0,08
Colon, médula ósea,
pulmón, estómago,
mama…
0,12
Vejiga, esófago,
hígado, tiroides
0,04
Cerebro, piel… 0,01
RADIOSENSIBILIDAD

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, Hp (d)
Valores de «d» sirven para distinguir radiación débilmente penetrante o
fuertemente penetrante

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
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)

Equivalente de dosis personal, Hp(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.
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)

Magnitudes dosimétricas relacionadas
Producto dosis – área (DAP)
- Dosis en aire en un plano integrada en el área de interés.
- El DAP (cGy·cm2) 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

Magnitudes dosimétricas relacionadas
Producto dosis – área (DAP)
- Dosis en aire en un plano integrada en el área de interés.
- El DAP (cGy·cm2) 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

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
𝐷𝐺 = 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

CTDI y DLP (Magnitudes específicas TC)
- El CTDI es el Índice Dosimétrico para CT. La definición más empleada es,
50
1
𝐶𝑇𝐷𝐼100 =
𝑁 𝑥 𝑇
∫ 𝑓 𝑧 𝑑𝑧
−50
N x T = Espesor nominal de corte
f(z) = perfil de dosis
1 2
𝐶𝑇𝐷𝐼𝑤 =
3
𝐶𝑇𝐷𝐼𝑐 +
3
𝐶𝑇𝐷𝐼𝑝
𝐶𝑇𝐷𝐼𝑣𝑜𝑙 = 𝐶𝑇𝐷𝐼𝑤/𝑝𝑖𝑡𝑐𝑕

CTDI y DLP (Magnitudes específicas TC)
𝐶𝑇𝐷𝐼𝑣𝑜𝑙 = 𝐶𝑇𝐷𝐼𝑤/𝑝𝑖𝑡𝑐𝑕
- DLP es el producto de la Dosis-distancia
𝐷𝐿𝑃 = 𝐶𝑇𝐷𝐼𝑣𝑜𝑙 · 𝐿

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