CONTROL DE LA RADIACIÓN DISPERSA

CONTROL DE LA RADIACIÓN DISPERSA

El contraste y la resolución de contraste son características muy importantes de la calidad de la imagen. El contraste se forma a partir de las áreas de luz, oscuridad y de escalas de grises en la imagen de rayos X. Estas variaciones constituyen la radiografía. La resolución de contraste es la capacidad para conseguir distinguir diferentes tejidos adyacentes en una misma imagen. La radiación dispersa producida por el efecto Compton produce ruido, reduce el contraste de la imagen y también la resolución de contraste. Esto produce una imagen menos visible.

Al incremento de la radiación dispersa contribuyen tres factores: el incremento del valor de kVp, un tamaño del campo de rayos X mayor y un mayor grosor del paciente. Los colimadores se diseñan para controlar y minimizar la radiación dispersa, limitando el tamaño del campo únicamente a la anatomía de interés. Los tres principales tipos de estos componentes que restringen el haz de rayos X son los diafragmas de apertura, los conos o cilindros y los colimadores. Al eliminar los rayos X dispersos del haz remanente, la rejilla elimina una fuente importante de ruido, mejorando, por tanto, el contraste de la imagen.

Las dos características principales de cualquier imagen son la resolución espacial y la resolución de contraste. También se conocen como detalle de la imagen o visibilidad del detalle. De hecho, estas cualidades son bastante diferentes y están influidas por las distintas relaciones de la cadena de formación de la imagen.

La resolución espacial se determina por el tamaño del punto focal y otros factores que contribuyen al emborronamiento. La resolución de contraste está determinada por la radiación dispersa y otras fuentes del ruido de las imágenes radiográficas. Hay dos herramientas principales para controlar la radiación dispersa: los aparatos que restringen el haz y las rejillas.

Producción de la radiación dispersa

Hay dos tipos de rayos X responsables de la densidad óptica y del contraste en una radiografía: los que pasan a través del paciente sin interactuar y los que se dispersan dentro del paciente por interacción Compton. Los rayos X que salen del paciente no se aprovechan y los que interactúan con el receptor de imagen se llaman rayos X formadores de la

imagen.

Una correcta colimación del haz de rayos X tiene un efecto principal que reduce la dosis aplicada al paciente, pues se restringe el volumen de tejido irradiado. Una buena colimación también mejora el contraste de la imagen. Lo ideal sería que sólo los rayos X que no interactúan con el paciente alcanzaran el receptor de imagen.

Cuando la radiación dispersa se incrementa, la radiografía pierde contraste y aparece gris y emborronada. En la intensidad relativa de la radiación dispersa influyen principalmente tres factores: kVp, tamaño del campo y grosor del paciente.

kVp

Cuando la energía de los rayos X aumenta, el número absoluto de interacciones Compton decrece; sin embargo, el número de interacciones por efecto fotoeléctrico se reduce mucho más rápidamente. Por tanto, el número relativo de rayos X bajo interacción Compton aumenta.

Es fácil decir que todas las radiografías deberían tomarse en el valor de kVp razonablemente menor porque de este modo se obtendría una dispersión mínima y así un mayor contraste de la imagen. Por desgracia, no es tan sencillo.

Además, para menores kVp hay menos rayos X que alcanzan el receptor de imagen, un fenómeno que se compensa normalmente incrementando el valor de mAs. El resultado es un aumento todavía mayor en la dosis sobre el paciente.

Con pacientes grandes, el valor de kVp debe ser alto para asegurar una penetración adecuada en la porción del cuerpo de la que se pretende obtener una radiografía. Por ejemplo, si los factores técnicos normales para un examen anteroposterior (AP) de abdomen no son adecuados, se tiene la opción de incrementar los mAs o bien los kVp. 

Incrementando los mAs normalmente se producen suficientes rayos X para proporcionar una imagen satisfactoria, pero puede ocasionar una dosis inaceptablemente alta sobre el paciente. Por otro lado, un incremento mucho más pequeño del valor de kVp basta para proporcionar suficientes rayos X, y esto se puede hacer con una dosis mucho más baja sobre el paciente. Por desgracia, cuando se incrementa el valor de los kVp el nivel de la radiación dispersa también aumenta, propiciando una disminución del contraste de la imagen.

Para reducir este nivel de radiación dispersa se usan colimadores y rejillas. 

Es importante resaltar que la dosis sobre el paciente para 90 kVp es aproximadamente un tercio que para 70 kVp. En general, debido a la reducción de la dosis sobre el paciente, se prefiere una técnica con un valor de kVp alto que otra con un valor de kVp bajo.

Tamaño del campo

Otro factor que afecta al nivel de la radiación dispersa y que es controlado es el tamaño del campo

irradiado por rayos X. Cuando se incrementa el tamaño del campo, la radiación dispersa también aumenta.

En comparación con un tamaño de campo grande, los factores de exposición radiográfica pueden tener que aumentarse con objeto de mantener la misma DO cuando la exposición se hace con un tamaño de campo menor. Una reducción de la radiación dispersa causa una DO radiográfica menor, la cual se debe elevar mediante técnicas de aumento.

Grosor del paciente

Tomar imágenes de las partes gruesas del cuerpo produceb una mayor proporción de radiación dispersa que tomar imágenes de partes delgadas. Por ejemplo, se puede comparar una radiografía de estructuras del hueso de una extremidad con una radiografía de tórax o de pelvis. Incluso cuando ambas se toman con la misma combinación película-pantalla, la radiografía de la extremidad será mucho más nítida debido a la reducida cantidad de radiación dispersa presente en ella.

Los tipos de tejido (músculo, grasa, hueso) y la patología, como un pulmón lleno de líquido, también intervienen en la producción de la radiación dispersa.

Normalmente, el radiólogo no controla el espesor del paciente. Si se percibe que los rayos X dispersados aumentan mucho con el espesor del paciente, se puede producir una radiografía de alta calidad siempre y cuando se usen los factores técnicos adecuados y los aparatos que reducen la radiación dispersa que alcanza el receptor, por ejemplo, una raqueta de compresión.

Los aparatos de compresión mejoran la resolución espacial debido a que reducen el espesor del paciente y aproximan el objeto más al receptor de imagen. La compresión también reduce la dosis sobre el paciente y mejora la resolución de contraste.

Control de la radiación dispersa

Efecto de la radiación dispersa en el contraste de la imagen

Una de las características más importantes de la calidad de la imagen es el contraste, que mide las diferencias entre las áreas claras y oscuras de una radiografía. El contraste es el grado de diferencia en la DO entre dos regiones de la imagen. La resolución de contraste es la capacidad para poder

reproducir y distinguir tejidos blandos.

Incluso bajo las condiciones más favorables, la mayoría de los vestigios de rayos X se dispersan. 

Si se pudiese hacer la radiografía de la sección transversal de un hueso grande usando solamente rayos X transmitidos y no dispersados, la imagen sería muy nítida. El cambio en la DO de áreas claras a oscuras, correspondiente al tejido blando y al hueso, sería muy abrupto, y por tanto el contraste de la imagen sería muy alto.

Por otro lado, si se toma una radiografía sólo con rayos X dispersados y sin rayos X transmitidos sobre el receptor de la imagen, ésta tendría el aspecto de una nube gris. El contraste de la radiografía sería muy bajo.

Sin embargo, en una situación normal los rayos X que alcanzan el receptor de imagen consisten tanto en rayos X transmitidos como dispersados. La imagen tendría un contraste moderado. La pérdida de contraste se debe a la presencia de rayos X dispersados.

Existen dos tipos de aparatos para reducir la cantidad de radiación dispersa que alcanza el receptor de imagen: restrictores del haz y rejillas.

Restrictores del haz

Básicamente hay tres tipos de aparatos restrictores del haz: los diafragmas de apertura, los conos o cilindros y el colimador de abertura variable.

Diafragma de apertura. Una abertura es el aparato restrictor del haz más sencillo de los que existen. Básicamente, es un diafragma metálico de plomo o recubierto de plomo adjuntado a la cabecera del tubo de rayos X. La abertura del diafragma se diseña normalmente para que cubra menos que el tamaño del receptor de imagen usado. 

La mayor parte de los ejemplos clínicos de los diafragmas de apertura son sistemas de imagen radiográfica para traumatismos. Los más habituales tienen un valor fijado de distancia fuente-receptor (SID, source-to-image receptor distance) y está equipado con diafragmas para acomodar los tamaños de película de 13 × 18 cm, 20 × 25 cm y 25 × 30 cm. Los sistemas de imagen radiográficas para trauma se pueden posicionar para reproducir todas las partes del cuerpo.

Los sistemas de rayos X dedicados especialmente a radiografías de tórax se suministran con diafragmas de abertura fija. Estos diafragmas de abertura para radiografía de tórax se diseñan para irradiar todo de un receptor de imagen de 35 × 43 cm excepto un borde de 1 cm.

Conos y cilindros. Los conos y cilindros de extensión se consideran modificaciones de los diafragmas de abertura. En ambos, una estructura metálica restringe el haz útil al tamaño requerido.

La posición y el tamaño de la parte final actúan como un diafragma de abertura y determinan el tamaño del campo.

A diferencia del haz producido por un diafragma de apertura, el haz útil producido por los conos y cilindros de extensión normalmente es circular. Los dos se llaman conos de forma habitual, incluso aunque el más usado actualmente sea el cilindro.

Una de las dificultades de usar los conos es el alineamiento. Si la fuente de rayos X, el cono y el receptor de imagen no están alineados en el mismo eje, un lado de la radiografía puede no ser expuesto porque el borde del cono puede interferir con el haz de rayos X. Esta interferencia se llama recorte de cono.

Hace  mucho, los conos se usaban mucho en radiología de diagnóstico. Hoy se reservan principalmente para determinadas áreas. 

Colimador de abertura variable. El colimador de abertura variable es el componente más común en radiología de diagnóstico para restringir el paso del haz de rayos X. 

No todos los rayos X se emiten de forma precisa desde el punto focal del tubo de rayos X. Algunos rayos X se producen con electrones que se desvían e interactúan en puntos del ánodo diferentes del punto focal. Es la radiación de fuera del foco, que incrementa el emborronamiento de la imagen.

Para controlar la radiación de fuera del foco, primero se precisa un componente con hojas de colimación múltiples que sobresalen por encima del colimador en el revestimiento

del tubo de rayos X.

También se precisan obturadores, normalmente de plomo, de al menos 3 mm de espesor. Estos obturadores trabajan de dos en dos y se controlan de forma independiente, admitiendo así tanto campos cuadrados como rectangulares.

La localización de la luz en un colimador de abertura característico se consigue con una pequeña lámpara y un espejo. El espejo debe estar suficientemente lejos en la parte del tubo de rayos X de las hojas de colimación para proteger un patrón de luz suficientemente nítido cuando la lámpara se enciende.

La lámpara del colimador y el espejo se deben ajustar de forma que el campo de luz protegida coincida con el haz de rayos X. Si el campo de luz y el haz de rayos X no coinciden, la lámpara o el espejo se deben ajustar. La comprobación de esta coincidencia es una evaluación necesaria en cualquier programa de control de calidad. Un desajuste entre el campo de luz y el haz de rayos X puede provocar que la colimación elimine estructuras anatómicas.

Según el potencial del tubo, puede ser necesario un filtraje de la colimación para producir radiografías de alta calidad con una mínima exposición sobre el paciente. Algunos revestimientos del colimador se diseñan para permitir un intercambio fácil del filtraje añadido. Los filtrajes de 0, 1, 2 y 3 mm de aluminio (Al) son los más habituales. 

Ni siquiera en la posición inicial el filtraje añadido es cero, pues las estructuras de los colimadores interceptan el haz. Además del filtraje inherente al tubo, el puerto de salida (normalmente de plástico) y el espejo también propician el filtraje. El filtraje añadido del ensamblaje de colimación es normalmente equivalente a cerca de 1 mm de Al.

Rejillas

Los rayos X dispersados que alcanzan el receptor de imagen son parte de los rayos formadores de la imagen; en efecto, estos rayos X que son dispersados hacia delante contribuyen a la imagen. La rejilla es un componente extremadamente efectivo en la reducción del nivel de radiación dispersa que alcanza el receptor. Está formada por una serie de secciones de material opaco a la radiación (septos de la rejilla) cuidadosamente elaboradas, que alternan con material transparente a la radiación (material intermedio).

La rejilla se sitúa entre el paciente y el receptor de imagen. Esta técnica para reducir la cantidad de radiación dispersa que alcanza el detector fue demostrada en 1913 por Gustave Bucky. Con el paso de los años, la rejilla de Bucky se ha mejorado mediante una fabricación más precisa, pero el principio básico no ha cambiado.

La rejilla está diseñada para transmitir solamente los rayos X cuya dirección está en línea recta con la fuente y el receptor de imagen. Los rayos X dispersados son absorbidos por el material de la rejilla. 

Los rayos X salientes del paciente que golpean los septos opacos a la radiación de la rejilla se absorben y no alcanzan el receptor de imagen. Por ejemplo, una rejilla característica puede tener un ancho de unos 50 mm separados por un material intermedio de cerca de 350 mm de ancho. Consecuentemente, más del 12,5% de todos los rayos X que alcanzan la rejilla interactúan con los septos opacos a la radiación y se absorben.

El haz de rayos X primario que incide sobre el material intermedio se transmite al receptor de la imagen. Los rayos X dispersados que inciden sobre el material intermedio pueden ser transmitidos o no, según su ángulo de incidencia y las características físicas de la rejilla.

Si el ángulo de incidencia de un rayo X dispersado es suficientemente grande para producir la intersección sobre los septos de plomo de la rejilla, entonces será absorbido. Si el ángulo es pequeño, los rayos X dispersados serán transmitidos como un rayo primario. Las medidas de laboratorio pueden demostrar que las rejillas de alta calidad pueden atenuar del 80 al 90% de la radiación dispersa. De esta rejilla se dice que produce una buena «limpieza».

Índice de la rejilla. Hay tres dimensiones importantes en una rejilla: el espesor de los septos opacos a la radiación (T), el ancho del material intermedio (D) y la altura de la rejilla (h). El índice de la rejilla es la altura de la rejilla dividida entre el ancho del material intermedio.

Los índices de la rejilla altos son más efectivos en la limpieza de la radiación dispersa que los valores menores. Esto se debe a que el ángulo de incidencia de rayos dispersados permitido para valores del índice de la rejilla altos es menor que el permitido para valores del índice de la rejilla pequeños.

En general, el intervalo de índices de la rejilla va de 5:1 a 16:1, usándose con frecuencia las rejillas de índice alto en radiografías de altos valores de kVp. Una rejilla con índice de 8:1 a 10:1 se usa normalmente en sistemas de rayos X de propósito general. Una rejilla de 5:1 eliminará aproximadamente el 85% de la radiación dispersa, mientras que valores de 16:1 pueden eliminar incluso un 97%.

Frecuencia de la rejilla. Es el número de septos o líneas de la rejilla por cada pulgada o centímetro de la superficie de la rejilla. Las rejillas con alta frecuencia muestran menos líneas definidas sobre la radiografía que las rejillas de baja frecuencia.

Si el ancho de los septos de la rejilla se mantiene constante, se debe encontrar un valor de frecuencia más alto y un material intermedio más estrecho si existe un valor del índice más alto.

Cuando la frecuencia de la rejilla aumenta existen más septos opacos a la radiación y se absorben más rayos X, por tanto la dosis aplicada al paciente debe ser alta si se pretende obtener radiografías de alta calidad. La desventaja del incremento de la dosis sobre el paciente asociada con la alta frecuencia puede superarse mediante la reducción del ancho de los septos, pero esto reduce el índice efectivo de la rejilla y por tanto su capacidad de limpieza.

La mayoría de las rejillas tienen frecuencias en el límite de 25 a 45 líneas por centímetro. La frecuencia de la rejilla se puede calcular si se conocen los anchos de los septos opacos a la radiación y del material intermedio. La frecuencia se calcula dividiendo el ancho de un par de líneas (T + D),

expresado en mm, entre 1 cm.

Material intermedio. El objetivo del material intermedio es mantener una separación precisa entre los delicados septos de plomo. El material intermedio de la mayoría de las rejillas es o aluminio o fibra de plástico; existen opiniones variadas sobre cuál de los dos es mejor.

El aluminio tiene un número atómico mayor que el plástico y por tanto puede producir un filtraje selectivo de los rayos X dispersados no absorbidos en el plomo. El aluminio también tiene la ventaja de que produce menos líneas de rejillas visibles en la radiografía.

Por otro lado, el uso de aluminio como material intermedio incrementa la absorción de rayos X primarios intermedios, especialmente para valores bajos de kVp. El resultado es un mayor mAs y una mayor dosis sobre el paciente. Por encima de 100 kVp, esta propiedad no es importante, pero en valores bajos de kVp la dosis sobre el paciente puede verse aumentada en un 20%. Por esta razón, los interespaciados de rejillas de fibra se prefieren generalmente antes que los de aluminio.

El aluminio todavía tiene dos ventajas más sobre la fibra de plástico. Es no higroscópico, es decir, no absorbe humedad como hace la fibra de plástico. Las rejillas con fibras de plástico como material intermedio pueden deformarse si absorben humedad. Además, el aluminio es más fácil de fabricar con una calidad alta pues es más fácil de moldear y de enrollar en hojas de un espesor muy preciso.

Septos de la rejilla. Teóricamente, los septos de la rejilla deberían ser infinitamente delgados y deberían tener propiedades de absorción alta. Hay varios materiales posibles a partir de los cuales se forman los septos de la rejilla. El plomo es el más usado porque es fácilmente moldeable y relativamente barato. Su alto número atómico y su alta densidad de masa hacen del plomo el material elegido para la fabricación de las rejillas. Se ha probado con tungsteno, platino, oro y uranio, pero ninguno tiene las características generales deseadas del plomo.