Generador de rayos X

Un generador de rayos X es un dispositivo que produce rayos X. Junto con un detector de rayos X, se usa comúnmente en una variedad de aplicaciones que incluyen medicina, fluorescencia de rayos X, inspección de ensamblajes electrónicos y medición del grosor del material en operaciones de fabricación. En aplicaciones médicas, los radiógrafos utilizan generadores de rayos X para adquirir imágenes de rayos X de las estructuras internas (por ejemplo, huesos) de organismos vivos, y también en la esterilización.

Estructura

Un generador de rayos X generalmente contiene un tubo de rayos X para producir los rayos X. Posiblemente, los radioisótopos también puedan usarse para generar rayos X.

Un tubo de rayos X es un tubo de vacío simple que contiene un cátodo, que dirige una corriente de electrones al vacío, y un ánodo, que recoge los electrones y está hecho de tungsteno para evacuar el calor generado por la colisión. Cuando los electrones chocan con el objetivo, aproximadamente el 1% de la energía resultante se emite como rayos X y el 99% restante se libera como calor. Debido a la alta energía de los electrones que alcanzan velocidades relativistas, el objetivo generalmente está hecho de tungsteno, incluso si se puede usar otro material, particularmente en aplicaciones XRF.

Un generador de rayos X también debe contener un sistema de enfriamiento para enfriar el ánodo; muchos generadores de rayos X utilizan sistemas de recirculación de agua o aceite.

Imágenes médicas

En aplicaciones de imágenes médicas, una máquina de rayos X tiene una consola de control que utiliza un tecnólogo radiólogo para seleccionar las técnicas de rayos X adecuadas para el examen específico, una fuente de alimentación que crea y produce el kVp (kilovoltaje pico) deseado, mA (miliamperios, a veces denominados mAs, que en realidad es mA multiplicado por la longitud de exposición deseada) para el tubo de rayos X y el propio tubo de rayos X.

Historia

El descubrimiento de los rayos X provino de la experimentación con tubos de Crookes, uno de los primeros tubos experimentales de descarga eléctrica inventado por el físico inglés William Crookes alrededor de 1869-1875. En 1895, Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X que emanaban de los tubos de Crookes y los muchos usos de los rayos X se hicieron evidentes de inmediato. Una de las primeras fotografías de rayos X se hizo de la mano de la esposa de Röntgen. La imagen mostraba tanto su anillo de bodas como sus huesos. El 18 de enero de 1896, Henry Louis Smith exhibió formalmente una máquina de rayos X. Una unidad en pleno funcionamiento fue presentada al público en la Feria Mundial de 1904 por Clarence Dally. La tecnología se desarrolló rápidamente: en 1909 Mónico Sánchez Moreno había producido el primer dispositivo médico portátil y durante la Primera Guerra Mundial Marie Curie lideró el desarrollo de máquinas de rayos X montadas en "coches radiológicos" para proporcionar servicios móviles de rayos X para hospitales militares de campaña.

En las décadas de 1940 y 1950, las máquinas de rayos X se usaban en las tiendas para ayudar a vender calzado. Estos fueron conocidos como fluoroscopios de ajuste de zapatos. Sin embargo, como los efectos nocivos de la radiación de rayos X se consideraron adecuadamente, finalmente cayeron en desuso. El estado de Pensilvania prohibió por primera vez el uso del dispositivo para calzarse el calzado en 1957. (Eran más una herramienta de marketing inteligente para atraer clientes que una ayuda para calzarse). Junto con Robert J. Van de Graaff, John G. Trump desarrolló uno de los primeros generadores de rayos X de un millón de voltios.

Resumen

Un sistema de imágenes de rayos X consiste en una consola de control del generador donde el operador selecciona las técnicas deseadas para obtener una imagen legible de calidad (kVp, mA y tiempo de exposición), un generador de rayos X que controla la corriente del tubo de rayos X, tubo de rayos x kilovoltaje y tiempo de exposición de emisión de rayos x, un tubo de rayos x que convierte el kilovoltaje y mA en rayos x reales y un sistema de detección de imágenes que puede ser una película (tecnología analógica) o un sistema de captura digital y un PAC.

Aplicaciones

Las máquinas de rayos X se utilizan en el cuidado de la salud para visualizar estructuras óseas, durante cirugías (especialmente ortopédicas) para ayudar a los cirujanos a volver a unir huesos rotos con tornillos o placas estructurales, ayudar a los cardiólogos a localizar arterias bloqueadas y guiar la colocación de stents o realizar angioplastias y para otros tejidos densos como los tumores. Las aplicaciones no médicas incluyen seguridad y análisis de materiales.

Medicina

Los principales campos en los que se utilizan las máquinas de rayos X en medicina son la radiografía, la radioterapia y los procedimientos de tipo fluoroscópico. La radiografía generalmente se usa para imágenes rápidas y altamente penetrantes, y generalmente se usa en áreas con un alto contenido óseo, pero también se puede usar para buscar tumores, como con imágenes de mamografía. Algunas formas de radiografía incluyen:

• ortopantomogram — una radiografía panorámica de la mandíbula mostrando todos los dientes a la vez
• mamografía — radiografías del tejido mamario
• tomografía — Imágenes por rayos X en secciones

En la fluoroscopia, la imagen del tracto digestivo se realiza con la ayuda de un agente de radiocontraste como el sulfato de bario, que es opaco a los rayos X.

Radioterapia: el uso de la radiación de rayos X para tratar las células cancerosas malignas y benignas, una aplicación sin imágenes

La fluoroscopia se usa en los casos en que es necesaria la visualización en tiempo real (y se encuentra más comúnmente en la vida cotidiana en la seguridad del aeropuerto). Algunas aplicaciones médicas de la fluoroscopia incluyen:

• angiografía - utilizado para examinar los vasos sanguíneos en tiempo real junto con la colocación de stents y otros procedimientos para reparar las arterias bloqueadas.
• enema de bario — procedimiento utilizado para examinar los problemas del colon y del tracto gastrointestinal inferior
• golondrina de bario - similar a un enema de bario, pero utilizado para examinar el tracto gastrointestinal superior
• biopsia: extracción de tejido para examen
• Manejo del dolor - utilizado para ver y guiar visualmente agujas para administrar / inyectar medicamentos para el dolor, esteroides o medicamentos para el bloqueo del dolor en toda la región espinal.
• Procedimientos ortopédicos - usados para guiar la colocación y eliminación de placas de refuerzo de la estructura ósea, varillas y hardware de fijación utilizados para evitar el proceso de curación y alineación de estructuras óseas sanando adecuadamente juntos.

Los rayos X son radiaciones ionizantes altamente penetrantes, por lo tanto, las máquinas de rayos X se utilizan para tomar imágenes de tejidos densos, como huesos y dientes. Esto se debe a que los huesos absorben más la radiación que los tejidos blandos menos densos. Los rayos X de una fuente atraviesan el cuerpo y llegan a un casete fotográfico. Las áreas donde se absorbe la radiación se muestran como tonos más claros de gris (más cerca del blanco). Esto se puede usar para diagnosticar huesos rotos o fracturados.

En 2012, la Comisión Europea de Protección Radiológica estableció el límite de radiación de fuga de los generadores de rayos X, como los tubos de rayos X y las máquinas de tomografía computarizada, en un mGy/hora a una distancia de un metro de la máquina.

Seguridad

Las máquinas de rayos X se utilizan para detectar objetos de forma no invasiva. El equipaje en los aeropuertos y el equipaje de los estudiantes en algunas escuelas se examinan en busca de posibles armas, incluidas bombas. Los precios de estas radiografías de equipaje varían de $ 50,000 a $ 300,000. Las partes principales de un sistema de inspección de equipaje por rayos X son el generador utilizado para generar rayos X, el detector para detectar la radiación después de pasar a través del equipaje, la unidad de procesamiento de señales (generalmente una PC) para procesar la señal entrante del detector y un sistema transportador para mover equipaje al interior del sistema. El generador de rayos X portátil de rayos X pulsados con batería utilizado en seguridad, como se muestra en la figura, proporciona a los respondedores de EOD un análisis más seguro de cualquier posible peligro objetivo.

Operación

Cuando el equipaje se coloca en la cinta transportadora, el operador lo introduce en la máquina. Hay un conjunto de transmisor y receptor de infrarrojos para detectar el equipaje cuando ingresa al túnel. Este conjunto da la señal para encender el generador y el sistema de procesamiento de señales. El sistema de procesamiento de señales procesa las señales entrantes del detector y reproduce una imagen basada en el tipo de material y la densidad del material dentro del equipaje. Esta imagen se envía luego a la unidad de visualización.

Clasificación de colores

El color de la imagen que se muestra depende del material y la densidad del material: el material orgánico como el papel, la ropa y la mayoría de los explosivos se muestran en naranja. Los materiales mixtos como el aluminio se muestran en verde. Los materiales inorgánicos, como el cobre, se muestran en azul y los elementos no penetrables se muestran en negro (algunas máquinas lo muestran como verde amarillento o rojo). La oscuridad del color depende de la densidad o espesor del material.

La determinación de la densidad del material se logra mediante un detector de dos capas. Las capas de los píxeles del detector se separan con una tira de metal. El metal absorbe los rayos suaves, permitiendo que las longitudes de onda más cortas y penetrantes pasen a la capa inferior de los detectores, convirtiendo el detector en un espectrómetro tosco de dos bandas.

Avances en tecnología de rayos X

Una película de nanotubos de carbono (como un cátodo) que emite electrones a temperatura ambiente cuando se expone a un campo eléctrico se ha convertido en un dispositivo de rayos X. Se puede colocar una matriz de estos emisores alrededor de un elemento de destino para escanear y las imágenes de cada emisor se pueden ensamblar mediante un software de computadora para proporcionar una imagen tridimensional del objetivo en una fracción del tiempo que se tarda con un X- dispositivo de rayos El sistema también permite un control rápido y preciso, lo que permite obtener imágenes prospectivas fisiológicas.

Ingenieros de la Universidad de Missouri (MU), Columbia, han inventado una fuente compacta de rayos X y otras formas de radiación. La fuente de radiación es del tamaño de un chicle y podría usarse para crear escáneres de rayos X portátiles. Un prototipo de escáner de rayos X portátil que utilice la fuente podría fabricarse en tan solo tres años.