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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESTUDIO DE LOS EQUIPOS DE RAYOS-X Y TOMOGRAFÍA DE USO MÉDICO Y EL USO DE TECNOLOGÍA DE INVERSORES
EN LA GENERACIÓN DE RAYOS X
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELECTRÓNICO
PRESENTADO POR:
FIDEL ANTONIO GARCÍA ZUÑIGA
PROMOCIÓN 2004 -1
LIMA- PERÚ 2009
ESTUDIO DE LOS EQUIPOS DE RAYOS-X Y TOMOGRAFÍA DE USO MÉDICO Y EL USO DE TECNOLOGÍA DE INVERSORES
EN LA GENERACIÓN DE RAYOS X
Dedicado a mi madre y mi padre por ser mis guías.
A mi esposa que con su apoyo pude terminar
esta meta de mi vida.
A mis hijas con son el motor de mi vida.
SUMARIO
El presente informe de suficiencia muestra técnicamente los equipos de radiología
y tomografía de uso medico y los criterios empleados en el desarrollo de estos sistemas
donde veremos la aplicación de inversores en los generadores de rayos-x. Esta
tecnología ha evolucionado y los ingenieros están avocados en que esta técnica de
diagnostico que perdura durante muchos años sea mas eficiente y sobre todo usar
nuevos conceptos para disminuir el tiempo de irradiación a los pacientes.
El reto de los ingenieros era poder plasmar una imagen de radiología que
normalmente se apreciaba en una película, en una pantalla de computadora. Durante
años hubo muchos intentos, pero actualmente se puede asegurar que la calidad de
imagen obtenida con estos equipos tiene una mayor resolución que una placa
convencional de radiología y se elimina el proceso fotográfico de revelado de una placa
radiográfica.
Asimismo, se describe nuevos avances en la captación de imágenes radiológicas
y topográficas, las cuales con la ayuda de las computadoras actuales se pueden enviar
imágenes a lugares tan distantes en donde los médicos especialistas en radiodiagnóstico
pueden dar su opinión y su diagnostico casi en tiempo real.
Este informe mostrara que la ingeniería es un medio de optimizar la tecnología y
en este caso es de proteger al ser humano, se sabe que la radiación podría generar
cáncer, pero usando estos equipos podemos disminuir la probabilidad ya que son
rápidos en su proceso y usan menos tiempo de radiación.
ÍNDICE
SUMARIO
INTRODUCCION .................................................................................................................. 1
CAPITULO I MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL DE RAYOS-X ...................................... 3
1.1 Principios Físicos de Rayos-x ................................................................................. 3
1.2 Generación de rayos-x ............................................................................................ 4
1.3 Equipo de rayos-x ................................................................................................... 6
1.3.1 Tubo de rayos-x ...................................................................................................... 6
1.3.2 Fuente de alta tensión ........................................................................................... 1 O
1.3.3 Sistema de control ................................................................................................ 11
1.4 Seguridad radiológica de las instalaciones y equipos .......................................... 12
1.4.1 Exposición ocupacional ........................................................................................ 14
1.4.2 Dosimetría personal .............................................................................................. 14
1.4.3 Exposición medica ................................................................................................ 14
1.4.4 Unidades para medir la radiación ......................................................................... 15
CAPITULO II AVANCES TECNOLÓGICOS EN EQUIPOS DE RAYOS-X ..................... 16
2.1 Sistema convencional en la formación de imagen radiográfica ........................... 16
2.2 Procesamiento de la película radiográfica ............................................................ 17
2.2.1 Reducción del número de irradiaciones repetidas ............................................... 18
2.3 Radiología digital ................................................................................................... 18
2.4 Marco teórico del detector de rayos-x digital. ....................................................... 20
2.4.1 Estructura del detector de rayos-x digital ............................................................. 20
2.4.2 Unidad de conversión de rayos-x ......................................................................... 21
2.4.3 Conjunto de detectores ......................................................................................... 22
2.4.4 Unidad de procesamiento de señales .................................................................. 22
2.4.5 Unidad de transferencia de datos digitales .......................................................... 22
2.5 Cualidades del detector de rayos-x digital. ........................................................... 23
2.5.1 Sensibilidad a los rayos-x ..................................................................................... 24
2.5.2 Linealidad y características de respuesta a los rayos-x ...................................... 24
CAPITULO III MARCO TEÓRICO DE TOMOGRAFÍA .................................................... 26
3.1 Equipo de tomografía ............................................................................................ 27
3.2 Detector en un tomógrafo ..................................................................................... 28
VII
3.3 Principio de Hounsfield ......................................................................................... 31
3.3.1 Algoritmo de reconstrucción ................................................................................. 33
3.3.2 Píxel de reconstrucción ......................................................................................... 34
3.4 Tipos de imagen visualizadas según el plano de proyección .............................. 35
3.5 Evolución de los tomógrafos ................................................................................. 36
3.5.1 Primera generación ............................................................................................... 36
3.5.2 Segunda generación ............................................................................................. 36
3.5.3 Tercera generación ............................................................................................... 37
3.5.4 Cuarta generación ................................................................................................. 38
3.6 Formación de una imagen .................................................................................... 39
3.7 Partes de un tomógrafo ........................................................................................ 42
3.7.1 Gantry .................................................................................................................... 42
3.7.2 Camilla de paciente ............................................................................................... 42
3.7.3 Generador de alta tensión .................................................................................... 43
3.7.4 Computadora y consola ........................................................................................ 43
CAPITULO IV AVANCES TECNOLÓGICOS EN TOMOGRAFIA ................................... 44
4.1 Tecnologia Slip Ring o anillo deslizante ............................................................... 44
4.2 Tecnologia multicorte en tomografía .................................................................... 48
4.2.1 Detector multicorte en tomografía ........................................................................ 50
CAPITULO V TECNOLOGIA DE INVERSORES EN LA GENERACIÓN DE RAYOS-X 52
5.1 Rectificadores en alta tensión ............................................................................... 52
5.2 Formas de onda en un generador de alta tensión actual. .................................... 55
5.3 Generador de alta frecuencia ............................................................................... 56
5.3.1 Convertidor de CC/CA Inversores ....................................................................... 57
5.3.2 Inversor monofásico en puente completo ............................................................. 58
5.3.3 Inversor don transformador de toma media (Push-Pull) ...................................... 59
CAPITULO VI EQUIPOS COMERCIALES Y ANÁLISIS DE COSTOS ............................ 62
6.1 Equipos Comerciales ............................................................................................ 62
6.2 Análisis de Costos ................................................................................................. 69
6.2.1 Estimación del Costo de un equipo de rayos-x digital ......................................... 50
6.2.2 Estimación de costos de une tomógrafo .............................................................. 69
6.3 Análisis de Costos de instalación ........................................................................ 69
6.3.1 Edificación ............................................................................................................. 69
6.3.2 Blindaje de protección radiológica ........................................................................ 69
6.3.3 Aire acondicionado ................................................................................................ 70
6.3.4 Pozo tierra ............................................................................................................. 70
VIII
6.3.5 Potencia eléctrica requerida ................................................................................. 70
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................... 71
Anexo A: Plano de Distribución de un Tomógrafo ............................................................. 73
Anexo B: Plano de Interconexión de un tomógrafo ............................................................ 75
Anexo C: Plano de distribución de un equipo de rayos-x digital ........................................ 77
Anexo D: Glosario de términos ........................................................................................... 79
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 82
INTRODUCCION
El propósito del presente informe es el desarrollo de la aplicación de rayos X en el
campo de la medicina y la investigación que se realiza en optimizar estos equipos y que
es ampliamente difundida a través de todo el mundo y sin duda aun tiene mucho por
contribuir.
Se ha tomado información de textos especializados y de manuales de algunos
fabricantes de estos equipos donde se muestra su tecnología y cuidados en el momento
de instalar estas máquinas, ya que esto se debe al gran número de personas expuestas
directa o indirectamente por su labor, por su condición de paciente o bien como público.
El desarrollo de este informe tiene como fin entregar un enfoque desde la teoría
básica de generación de rayos-x hasta la tecnología que actualmente se está
desarrollando, y por tratarse de un enfoque teórico, seria importante poder complementar
con ejemplos prácticos lo cual ayudarían al entendimiento de estos equipos, pero se
hace difícil, por ser equipos de gran envergadura, cuyo transporte es muy difícil y
requieren condiciones técnicas para su funcionamiento.
En el primer capítulo se desarrolla la aplicación de las radiaciones ionizantes, por
lo general rayos-x, para producir a partir de un objeto, una imagen en un material sensible
a la luz en equipos convencionales o sensibles a los rayos-x y se expone los cuidados
que se deben tener en el uso de estos.
En el segundo capítulo se presenta los avances tecnológicos, y el propósito de
una radiografía medica es obtener tanta información diagnostica como sea posible, que
sea compatible con el requisito de someter al paciente una exposición razonable. Por
ejemplo para aprovechar más eficazmente los rayos-x, se debe emplear un detector de
conversión digital, que ofrece la ventaja de la reducción del tiempo de exposición, pero si
esto no es suficiente, es necesario buscar con el desarrollo tecnológico de mejorar los
sistemas y exponer al paciente y usuarios (médicos, enfermeras y tecnólogos) a la menor
cantidad de radiación, este informe presenta las nuevos métodos y una alternativa real
para nuestro medio.
En el capítulo tercero se desarrolla los sistemas de tomografía , en 1971 la
empresa discográfica EMI anunció el desarrollo del scanner o tomógrafo , máquina que
unía el cálculo electrónico a las técnicas de rayos X, constituyendo el mayor avance en
radiodiagnóstico desde el descubrimiento de los rayos X.
2
Su creador fue el Doctor Godfrey Hounsfield. Hasta ese momento la técnica de
rayos X permitía la visualización en dos dimensiones, con el problema de que unas
imágenes se superponían a otras, por lo que se perdía gran parte de la información y no
se podía en muchos casos determinar dónde estaba la anomalía.
En el cuarto capítulo se mostrara los avances actuales de los equipos de
tomografía axial computado de rayos X, nombre completo del aparato, permite observar
cortes del cuerpo humano transversales a su eje principal con una resolución de hasta
0.5 mm, con lo cual hay muy pocas estructuras que quedan fuera de observación
utilizando esta técnica. Desde el primer tomógrafo hasta la fecha, la evolución tecnológica
de estos equipos ha sido permanente, al punto de haberse convertido en la actualidad en
una herramienta diagnóstica de uso tan cotidiano como los equipos de rayos X
convencionales.
En el capítulo quinto se muestra las aplicaciones de ingeniería con el propósito de
optimizar la tecnología, y la protección al ser humano de la radiación, se sabe que la
radiación podría generar cáncer, pero usando estos equipos podemos disminuir la
probabilidad de ocurrencia de cáncer ya que son mas rápidos en su proceso y usan
menos tiempo de radiación, y esto es posible con la aplicación de inversores en la
generación de rayos-x.
En el capítulo sexto se muestra costos de equipos comerciales y costos de
instalación de estos, para tener cálculos más reales de una inversión en un centro
medico, estos costos incluyen impuestos actuales por el gobierno y los gastos del año de
garantía por servicio técnico y mantenimiento.
Pasara mucho tiempo para que aparezca otro medio físico diferente a los rayos-x
que pueda proporcionar imágenes del cuerpo humano, pero estoy seguro que los
ingenieros que desarrollan estos equipos no descansan en obtener la mejor imagen de
diagnostico médico usando la menor cantidad de rayos-x. Es por eso que en la formación
de ingenieros en el área de protección Radiológica, resulta de mucha importancia los
cuales poseen conocimientos adecuados de todos los aspectos vinculados a la
generación y uso de equipos de rayos X.
Tengo la formación académica de la Universidad Nacional de Ingeniería de la
facultad de ingeniería electrónica a la cual tengo el orgullo de ser uno de sus egresados,
y el agradecimiento a mi formación profesional a las empresas japonesas Shimadzu y
Toshiba del área de equipos médicos, las que me dieron los conocimientos en la área de
equipos de diagnostico por imágenes desde al año 1985, la tecnología avanza a pasos
agigantados en este campo e intento poder dar toda mi experiencia para el buen uso de
estos equipos.
CAPITULO 1
MARCO TEORICO CONCEPTUAL DE RAYOS-X
En este capítulo se desarrolla de una manera simplificada la teoría referente a los
rayos-x y cómo se generan. Se define radiografía, como palabra compuesta, del latín
radius=radio y del griego grafein=gravar, que viene a decir, gravar mediante los rayos X,
una superficie plana emulsionada, imágenes que han sido penetradas por dichos rayos; o
lo que es lo mismo, llamar a la radiografía, la fotografía a través de los cuerpos opacos.
1.1 Principios físicos de rayos-x
Los rayos X están constituidos por fotones de energías tales que en su proceso de
interacción con la materia producen efectos ionizantes.
La ionización o efecto ionizante ocurre cuando una partícula de radiación cargada
o una radiación electromagnética retira un electrón de un átomo eléctricamente neutro. El
átomo con carga eléctrica positiva se llama Ion, en la figura 1.1 se representa este efecto.
Esto causa daños físicos en el cuerpo humano que conlleva a efectos biológicos por la
exposición radiológica, por eso es muy importante que los operadores de estos equipos
tengan un entrenamiento.
-
FIGURA 1.1 Ionización
4
1.2 Generación de rayos-x
Con el fin de describir como se originan este tipo de radiación, se menciona el
proceso de emisión de rayos X por frenado, representado en la figura 1.2 suponiendo el
caso de un generador ideal que provea una diferencia de potencial entre ánodo y cátodo
constante en el tiempo de 100 KV.
Al polarizarse el filamento que se halla en proximidades del cátodo y establecerse
en él una corriente de calentamiento, se forma, debido al alto vacío, una nube de
electrones alrededor del filamento. Al cerrarse el circuito en el momento del disparo, se
polariza el ánodo, estableciéndose un campo eléctrico entre ánodo (positivo) y cátodo
(negativo), y debido a este campo eléctrico todos los electrones de la nube serán
acelerados hacia el ánodo, adquiriendo una energía cinética máxima 100 keV.
Si bien todos los electrones acelerados adquieren la misma energía, esto depende
exclusivamente del potencial (kV) aplicado, estos electrones procederán a frenarse e
interactuar con los átomos del blanco entregando su energía de un modo diferente,
siguiendo cada uno su propia trayectoria. Para el conjunto se puede considerar que del
100% de la energía entregada por los electrones al interactuar con un blanco, el 99% en
promedio se transforma en calor al frenarse los electrones y solo el 1 % se emite en forma
de fotones de rayos X, de energías variables y un espectro entre cero y el valor máximo
de energía de aceleración, tal como se describe en el punto siguiente.
ELECTRON
INCIDENTE
. . . - ' . . _-._.. :'. .. ,;;:· �-:··
·- - - --·· "2 . - -·1
e,
RAYOS X DE FRENADO
FIGURA 1.2 Rayos-x por frenamiento
Para estudiar la interacción de los electrones en el blanco del tubo de rayos X,
seguiremos la historia de 3 electrones tipo:
En un primer caso, el electrón se encuentra brusca e inmediatamente con un
electrón orbital del blanco produciéndose una violenta desaceleración, por repulsión
electrostática que motivará la inmediata entrega de su energía cinética con poco gasto de
5
energía en frenado (aproximadamente 2 keV) transformándose el resto en un fotón de
rayos X de 98 keV.
En un segundo caso, el proceso de frenado se produce en etapas antes de la
colisión final, gastándose en las diferentes desviaciones aproximadamente el 50% de la
energía cinética y emitiéndose fotones de 50 keV. El tercer caso, es mucho más
frecuente electrones que consumen en el proceso de frenado casi toda su energía
cinética (por ejemplo un 97%), emitiendo fotones de rayos X de tan solo 3 keV.
Se sabe que cada electrón tiene la probabilidad de generar un fotón de una
energía que podrá variar entre cero y el máximo de su energía cinética, conforme sea su
trayectoria en el blanco. Aquellos fotones de muy baja energía, menores a 5 keV,
interaccionarán casi en un 95% con el vidrio del tubo por efecto fotoeléctrico y por esta
razón no pasarán a formar parte del haz útil.
Este vidrio y el aceite de aislamiento constituyen el primer filtrado del haz,
denominado filtración propia o inherente del tubo, la cual resulta insuficiente para limitar
los fotones de muy baja energía y de poco valor diagnóstico. Por esa razón se agregan
filtros adicionales de aluminio después de la ventana del tubo, cuya función es atenuar
aún más estos fotones denominados "blandos" y evitar que la piel del paciente sea el
filtro. De lo anterior se puede afirmar que los rayos-x :
-No tienen masa ni carga pero es extremamente penetrante.
-Pueden ser blindados por material pesado o de alta densidad como hormigón, acero y
plomo.
-Se detectan fácilmente a niveles muy bajos (con uso de Contador Geiger Müeller).
-Son radiaciones electromagnéticas, como lo es la luz visible, o las radiaciones
ultravioleta e infrarroja, y lo único que los distingue de las demás radiaciones
electromagnéticas es su llamada longitud de onda, que es del orden de 10-10 m
(equivalente a la unidad de longitud conocida como Angstrom).
Longitud de onda ( ).. )
Dirección de propagación
FIGURA 1.3 Rayos-x, radiaciones electromagnéticas
1.3 Equipo de rayos-x
6
Se muestra en la figura 1.4 un equipo de rayos-x para uso médico y para poder
generar rayos X en forma convencional, es necesario contar con los siguientes
elementos:
-Tubo o ampolla de rayos X .
. -Fuente de alta tensión.
-Sistema de control.
TUBO DE RAYOS-X
íl
�.:.. • m • ..:. ¡ •
p • �
,..•
FIGURA 1.4 Equipo de rayos-x
1.3.1 Tubo de rayos-x
FUENTE DE AL TA · TENSION
El tubo de rayos X es el elemento principal de un equipo generador de rayos X,
consiste de un tubo de vidrio donde se realizó un alto vacío, del orden de 1 O atmósferas,
en cuyo interior pueden identificarse dos electrodos.
El primer electrodo es denominado cátodo (negativo), el cual tiene adherido dentro
de el, uno o más filamentos y el segundo denominado ánodo (positivo), que podrá ser fijo
o giratorio. Al polarizar los electrodos, se establece entre ellos un campo eléctrico capaz
de acelerar los electrones de una nube formada por emisión termoiónica en las
proximidades del filamento, cuando por él circula una corriente.
7
En el ánodo se ha construido una zona o pista (región de producción de rayos X),
de un material especialmente seleccionado por sus características físicas (wolframio o
tungsteno, molibdeno o rhodio en diferentes aleaciones), que actúa como blanco de
impacto de los electrones acelerados electrostáticamente.
En la Figura 1.5 se muestra la estructura interna de un tubo de rayos-x de ánodo
fijo, es decir el ánodo es un elemento que no tiene movimiento y el impacto de electrones
será siempre en una misma superficie.
' . . . .
;�::�de='='""::.__º
�/_-==::¡t;t::-:::;--TUBO DE ANODO FIJO
FIGURA 1.5 Estructura interna de un tubo de ánodo fijo
En las Figura 1.6 se muestra la estructura interna de un tubo de rayos-x de ánodo
giratorio, es decir, el ánodo tendrá un movimiento giratorio dentro del tubo de rayos-x, y
de esta manera el impacto de electrones sobre la superficie de ánodo será en diferentes
áreas, estos tubos son usados para generar altas dosis de radiación.
FIGURA 1.6 Estructura interna de un tubo de ánodo giratorio.
8
En la Figura. 1.7 se muestra una foto de un tubo de rayos-x , este tubo de vidrio
es insertado en una coraza de metal, la cual esta llena de aceite , el aceite tiene dos
funciones una de aislar la alta tensión aplicada en los terminales del tubo (ánodo-cátodo)
y la segunda función es disipar el calor que se genera dentro de la coraza.
FIGURA 1.7 Foto de un tubo de ánodo giratorio.
El Figura 1.8 se muestra donde se ubican los filamentos y el ánodo donde
impactaran los electrones.
FIGURA 1.8 Foto de la ubicación de los filamentos y el ánodo giratorio.
En la Figura 1.9 se muestra el esquema de los filamentos, uno es denominado
filamento fino, que tiene menos impedancia y es de un alambre de diámetro delgado y el
otro es denominado filamento grueso, que es fabricado de un alambre mas grueso y de
mayor impedancia. Estos filamentos serán seleccionados por el operador desde la
consola de mando, cada uno de ellos tiene aplicaciones según el examen medico, por
9
ejemplo para anatomías o tejidos muy finos se utilizará el filamento fino, y para
estructuras grandes se usará el filamento grueso. Estos elementos están dispuestos de
tal forma que se producen haces de electrones que enfocan hacia rectángulos estrechos,
sobre la superficie del ánodo. Solo uno de ellos se aplicará y será seleccionado antes de
la exposición de rayos-x
CÚPULAS ENFOCADORAS
FIGURA 1.9 Esquema de los filamentos de un tubo de rayos-x
En la Figura 1.1 O se observa un esquema del tubo y sus elementos constitutivos:
TOMAMRALOS
CASLU DI ALTO VOLTA.J!
'1L.AMENTO De U.
CUPUU. ENFOCADA
FIGURA 1.10 Tubo de rayos X moderno, de ánodo giratorio.
1.3.2 Fuente de alta tensión
10
A fin de poder polarizar los electrodos del tubo de rayos X (ánodo y cátodo), es
necesario un sistema que provea valores de diferencia de potencial, entre 40 kV y 130 kV
para equipos de radiodiagnóstico, y pudiendo llegar hasta 400 kV para equipos de
radioterapia o radiografía industrial.
En estos casos se utilizan transformadores elevadores de tensión, como se
representa en la figura 1.11, pero esto varia según las necesidades de cada aplicación,
tanto la alimentación eléctrica (que podrá ser monofásica o trifásica), como los procesos
de rectificación de la corriente alterna de alta tensión, los cuales podrán ser de mayor o
menor complejidad, y de esta manera se tendrá equipos una variada condición de
estabilidad y confiabilidad del valor del potencial seleccionado.
TRANSFORMADOR DE ALTO VOLTAJE
BLANCO DE TUNGSTENO
CUBIERTA DE VIDRIO PIREX _J
VENTANA DEL TUBO __ __,
HAZ UTIL. __ _
COPA DE ENFOQUE
CORRIENTE DE ELECTRONES
FIGURA 1.11 Circuito tipico de un tubo de rayos X auto rectificado
De acuerdo a la alimentación eléctrica (Figura 1.12) los generadores pueden clasificarse
en:
-Auto rectificado.
-Con rectificación de media onda .
. -Con rectificación de onda completa.
-Polifásicos.
-De alta frecuencia o potencial constante.
Kv
Kv NOWNM. i----------
Kv
TIEMPO
GENERADOR TRIFASICO
DE BAJO RIPPLE
TIEMPO
Kv
Kv
GENERADOR MONOFASICO
DE ALTO RIPPLE
TIEMPO
GENERADOR DE
ALTA FRECUENCIA
TIEMPO
11
FIGURA 1.12 Formas de alimentación de alta tensión para diferentes tipos de
generadores
1.3.3 Sistema de control
La intensidad y calidad del haz de rayos X emitidos por un tubo dependerá,
fundamentalmente de la diferencia de potencial entre ánodo y cátodo (kilo voltaje kV)
que fijará la energía máxima de los fotones. El sistema de control gobierna y verifica el
valor de este voltaje aplicado la tubo de rayos x.
El producto de la corriente de tubo por el tiempo de exposición, es denominado
mAs, siendo ésta la carga neta y en consecuencia, proporcional al número de electrones
que efectivamente chocarán contra el blanco del ánodo. Este parámetro es el resultado
de la corriente que circulara por el tubo de rayos-x, multiplicado por el tiempo de
exposición es decir mA x Segundos = mAs. De ellos dependerá el número de fotones
producidos y la intensidad del haz.
Este tipo de dispositivos de control pueden ser de tecnologías muy diferentes pero
en todos los casos, permiten al operador seleccionar libremente los tres parámetros
fundamentales de la emisión, es decir se podrá seleccionar el KV, el mA y el tiempo ( en
segundos o fracciones de segundos). También existen equipos con selectores de kV y
mAs, los cuales se ajustan según sea el tipo de estudio radiográfico a efectuar, así como
la constitución física del paciente.
En la Figura 1.13 se muestra la influencia del producto de la corriente por el
tiempo (mAs) en la emisión de rayos X. Cuando el valor de mAs disminuye o aumenta, el
12
número de electrones útiles para producir el haz de rayos X también disminuye o
aumenta en el mismo sentido, y en consecuencia la intensidad del haz de radiación.
Cabe recordar que el producto de mA x s se mantendrá constante para los
exámenes radiológicos, esto hace que existan equipos que puede emitir un alto mA , y
como consecuencia se usara tiempos muy cortos (milisegundos) o los equipos de
emisión baja de mA, entonces, el tiempo de exposición será mayor, es importante
determinar la capacidad de emisión (mA) del equipo y que tipo de estudios se harán con
este. No se recomienda realizar exámenes que necesitan de radiaciones altas con
equipos de baja producción de mA
(mAs) MILIAMPERAJE (mAs)
ALTO
FIGURA 1.13 Efecto de los cambios de mili amperaje
1.4 Seguridad radiológica de las instalaciones y equipos
Para fines de diagnóstico médico se emplea normalmente una gama de tensiones
comprendidas entre 40KV y 130 KV , con tiempos de exposición de 1 /60 segundos hasta
1 O segundos, y corrientes de tubo comprendidas entre 1 O mA y 1000 mA, la combinación
exacta del mA y el tiempo depende del tipo de examen radiográfico.
De lo anterior, un equipo de radiodiagnóstico médico debe cumplir con las normas
y reglamentos de seguridad radiológica. No obstante, es conveniente resumir las
principales recomendaciones internacionalmente aceptadas, referidas a aspectos de
seguridad radiológica de las instalaciones de radiodiagnóstico.
13
La principal norma es que la sala de rayos X y el área para la consola de control
del equipo de rayos-x, deben poseer barreras físicas, con un blindaje suficiente que
garantice, niveles de dosis de radiación tan bajos como sea razonablemente posible, sin
superar los límites de las dosis permitidas en una exposición ocupacional, y exposición
del público.
Disponer de señalización reglamentaria y de restricciones para el acceso, de
manera que exista un acceso exclusivo para el paciente, y otro para el personal médico
el cual realizará los estudios y procedimientos radiológicos. Excepcionalmente se permite
la participación de acompañantes del paciente. En particular, la sala de rayos X deberá
contar con blindaje de espesores adecuados en las paredes, piso, techo y puertas,
compatibles con los límites de dosis vigentes, se recomienda colocar panchas de plomo
de un espesor de 1. 5 mm. o su equivalente a las paredes y puertas.
Dentro del área de control, donde se ubica el operador, se deberá poder
comunicarse eficazmente con el paciente y observarlo mediante un sistema electrónico
(televisión) o un visor (ventanilla) apropiado que tenga la misma atenuación de radiación
calculada en las paredes. En caso de utilizarse un sistema de observación electrónico se
deberá prever la existencia de un sistema de reserva o sistema alternativo para casos de
falla electrónica.
Si la consola de control se encuentra dentro de la sala de rayos X, se puede
utilizar un biombo (mampara) fijado permanentemente al piso, con una altura mínima de
21 O cm, de deberá tener en su interior planchas de plomo de espesor de 1.5 mm. La
consola de control estará ubicada, de manera que durante las exposiciones ninguna
persona pueda entrar a la sala sin ser visto por el operador. La sala de rayos X debe
tener señalización visible en la parte exterior de las puertas de acceso, incorporando el
símbolo de radiación ionizante y leyendas que indiquen "rayos X", y la prohibición de que
ingresen personas no autorizadas.
Una señalización sobre la parte externa de la puerta de acceso (luz roja), deberá
ser accionada durante los estudios y procedimientos radiológicos indicando que el
generador está encendido y que hay exposición. Alternativamente puede adoptarse un
sistema de accionamiento automático de señalización luminosa conectado directamente
al mecanismo de disparo de rayos X.
Conforme lo establecen las Normas básicas de seguridad radiológica, la
autoridad de Salud Pública inspeccionará periódicamente las instalaciones de rayos X,
previamente habilitadas a fin de verificar, las condiciones de seguridad de las
instalaciones por medio de la evaluación de los niveles de radiación y si existiera alguna
modificación de estructuras.
14
1.4.1 Exposición ocupacional
Las instalaciones que utilicen equipos de radiodiagnóstico deberán contar con un
programa de protección radiológica, que basándose en los criterios de justificación de la
práctica, optimización de la protección y limitación de dosis. Todas las salas de rayos X,
donde se realizan los estudios y procedimientos, deberán ser consideradas como zona
controlada y el personal que opere estos equipos deberá tener conocimiento de los
dispositivos de protección.
1.4.2. Dosimetría personal
Los trabajadores de la zona controlada y todo personal que participe en los
estudios y procedimientos radiológicos, deben tener un dosimétrico de control personal
de uso obligatorio. El dosímetro personal deberá ser utilizado por el trabajador durante el
desempeño de sus tareas en la instalación.
La sala de rayos X debe contar con elementos de protección radiológica
necesarios para los estudios previstos en la misma. En los servicios con unidades de
fluoroscopia se deberá contar con un mandil plomado, un par de guantes plomados y un
protector de tiroides por cada sala, como mínimo. Los espesores mínimos de los
dispositivos de protección personal son:
- 0,25 mm equivalentes en plomo para radiación indirecta.
- 0,50 mm equivalentes en plomo para haz primario o radiación directa en procedimientos
especiales.
1.4.3 Exposición médica
La protección radiológica en la medicina ha sido materia de interés desde el
comienzo del siglo XX, el grado de seguridad ahora es alto. Un examen radiológico el
cual es solicitado sobre la base del informe clínico por un médico calificado,
generalmente brinda al paciente un beneficio que tiene un valor mayor que el riesgo
inevitable de la radiación.
No obstante, no deberán existir excusas para llevar a cabo exámenes con dosis
innecesariamente altas. Una atención cuidadosa en la realización de los exámenes
radiológicos resultará, en muchos casos, reducir considerablemente de la dosis de
radiación, sin perjuicio de su valor para el diagnóstico, es decir, que la imagen mantenga
su calidad.
Es particularmente importante reducir las dosis que absorbe el paciente en los
tejidos de la región anatómica examinada, sin que esta reducción obstruya la información
necesaria para un buen diagnostico. Limitar, en la medida de lo posible, la radiación a
otras partes del cuerpo que no son objeto de diagnostico.
1.4.4 Unidades usadas para medir la radiación
15
EXPOSICIÓN: Cantidad de cargas de un mismo signo, producidas por la
radiación, en una masa de aire, dividida entre la masa de ese volumen. Unidad especial:
Roentgen
Roentgen ( R ) 1 R = 2,58x10-4 C/kg
DOSIS ABSORBIDA: Es la energía promedio absorbida por una masa de materia.
Unidad: Gray (Gy) ( 1 rad = 0.01 Gy)
DOSIS EQUIVALENTE: Dosis absorbida en un órgano o tejido multiplicada por el
correspondiente factor de ponderación de la radiación.
Unidad: Sievert (Sv) ( 1 rem = 0.01 Sv)
DOSIS EFECTIVA: Se define como la suma ponderada de las dosis equivalentes
recibidas en los distintos tejidos.
Unidad: Sievert (Sv)
En la Figura 1.14 se muestra la irradiación promedio que un ser humano debe
recibir al año por los diferentes emisores, sin ser afectado y que ponga en peligro su
salud.
Radón 1.3 �
Interna K-40 C-14
'
0.23 ____-: Terrestre .--- / 0.46 / 1
Médico 0.3 t
Precipitaciones / radiactivas
/ 0.007 Ocupacional0.002
Liberaciones 0.001
Cósmico Productos
O .391 .... T_O_T _A_L_=_ 2_. 6-9----.1 O .0005 Fuente:
UNSC �R -----
FIGURA 1.14 Promedio de la dosis de radiación que debería recibir un ser humano
anualmente.
CAPITULO 11
AVANCES TECNOLOGICOS EN EQUIPOS DE RAYOS-X
En el capítulo I se describió la generación de rayos-x, en este capitulo se
mencionará los avances tecnológicos en la recepción y emisión de las imágenes
radiográficas. Existe en la actualidad una carrera tecnológica en este aspecto y poder
generar imágenes radiográficas con mayor nitidez y usando menor radiación
Durante muchos años después del descubrimiento de los Rayos-X, las
exploraciones fluoroscópicas se realizaban en una sala oscura, observando imágenes en
una pantalla fluorescente, que brillaba en respuesta a los Rayos-X que habían pasado a
través del paciente.
En los años 50, el desarrollo de los intensificadores de imagen (1.1.) fue un gran
paso hacia la fluoroscopia. Al reemplazar la pantalla fluorescente por un instrumento
electrónico basado en la tecnología de TV, se consiguió un incremento significativo del
brillo de la imagen. En los años 80, las señales analógicas de vídeo procedentes de una
cámara de TV, se convierten en datos digitales (se digitalizaba el video que venia de la
cámara) y las estructuras vasculares se visualizan al ser procesadas digitalmente.
Alrededor de 1990, comenzó el desarrollo de un detector plano para Rayos-X con
la misma tecnología utilizada para la fabricación de pantallas (TFT's Thin Film Transistor
en español Transistor de Película Fina) de cristal líquido. Muchos de los fabricantes
mostraron sus productos, pero no plasmaban una imagen que sea de una calidad
superior a las placas convencionales, esto fue todo un reto para los ingenieros que
trabajaban conjuntamente con los médicos.
2.1 Sistema convencional de formación de imagen radiográfica.
Los equipos de rayos-x denominados analógicos o convencionales los cuales
usan en la recepción de los rayos-x las pantallas intensificadoras y películas
radiográficas. Las pantallas intensificadoras tiene como función principal convertir los
rayos-x en luz visible, en la actualidad se usan pantallas de luz verde, es decir, algunos
son elementos que emiten una gran parte de su luz en la región verde del espectro, para
optimizar esta emisión de luz, es necesario emplear películas ortocromáticas sensibles al
color verde.
17
De lo anterior se usa un chasis que tiene una pantalla intensificadora en su interior
y se coloca una película radiográfica no expuesta o denominada virgen , esto se hace en
un cuarto obscuro para que no se vele la película, se cierra este chasis y se coloca en el
equipo de rayos-x en un compartimiento denominado porta chasis, el cual esta detrás del
paciente y de esta manera al emitir los rayos-x pasarán a través del paciente y esta
película quedará impresa con una imagen, como se muestra en la Figura 2.1
o TUBO DE RAYOS-X
/ \: CHASIS
t::.L========�� PANTALLA/ PELICULA
FIGURA 2.1 Esquema convencional de captura de una imagen radiográfica
Las películas radiográficas sin pantalla no deberán ser usadas en diagnóstico
radiológico, debido a que necesitan dosis relativamente altas y no están preparadas para
producir imágenes de alto contraste.
2.2 Procesamiento de la película radiográfica
Es preciso contar con técnicas correctas de procesamiento de películas para
obtener radiografías de óptimo valor, para el diagnóstico con una dosis de radiación
mínima al paciente. El procesamiento incorrecto puede ser causa de rechazo de
radiografías, y por ende, dar lugar a repeticiones de la radiación al paciente que podrían
ser evitadas. Por otra parte, las técnicas inadecuadas de procesamiento pueden
fácilmente duplicar la dosis requerida para producir una radiografía satisfactoria.
En el procesamiento manual, se debe seleccionarse el revelador y fijador
correctos para el tipo de película radiográfica a ser utilizada. Las temperaturas de
procesamiento, el tiempo de revelado y la reposición de los reactivos químicos, son
elementos esenciales para el revelado de buena calidad de una película radiográfica.
18
En el procesamiento automático, es particularmente importante el control de
calidad, el cual deberá realizarse diariamente a través del uso de tiras de película
expuestas en un densitómetro poco antes de su procesamiento.
En general, es conveniente que los técnicos radiólogos observen todas sus
radiografías inmediatamente después de su procesamiento, de modo de poder detectar y
corregir cualquier error en el equipo o procesamiento.
2.2.1 Reducción del número de radiaciones repetidas
La decisión de repetir una exposición radiográfica deberá basarse en la posibilidad
de que la nueva radiografía aporte información adicional, que no se encontraba
disponible en la radiografía anterior, y no por razones puramente estéticas. Según varias
encuestas publicadas, se repite innecesariamente del 3 al 15% de las radiografías. Las
causas principales de las repeticiones, identificadas en la mayoría de estos estudios,
fueron los errores cometidos en el posicionado del paciente o que las radiografías eran
demasiado oscuras o demasiado claras.
Como se ha visto, en los sistemas convencionales o analógicos con respecto a la
recepción y generación de imagen radiográfica tienen muchos variables, que pueden
inducir a una mayor dosis de radiación y a la repetición del examen que finalmente tiene
un resultado negativo al paciente.
2.3 Radiologia digital
El concepto de radiología digital es poder contar con un equipo de rayos-x, el cual
tiene un receptor o detector que captura la imagen radiográfica y la presenta en unos
cuantos segundos en una pantalla de computadora.
Además, el hecho de tener las imágenes en un sistema de computo, hace posible
que el proceso de enviar y diagnosticar en un centro de salud se automatizado y sobre
todo se minimiza, es decir, se puede realizar exámenes y enviarlos inmediatamente a los
especialistas que no necesariamente deberán estar en el hospital, un proyecto a nivel
nacional seria crear centros de diagnósticos a nivel nacional, donde estarían los mejores
médicos especialistas en la rama de radiología, los cuales pueden recepcionar las
imágenes de los pacientes de provincias y tener un diagnostico en breve tiempo. Este
nuevo tipo de detectores de Rayos X reemplazará a las películas radiográficas. En este
informe se analizará la estructura y características de este detector plano, así como las
ventajas de la próxima generación de sistemas radiológicos. Estos sistemas de
generación de imágenes de radiología hacen que los médicos tendrán que usar muchas
herramientas de cómputo, y deberán tener una preparación en el manejo del software y
transferencia de datos.
19
En la figura 2.2, se muestra un equipo de rayos-x que posee un detector digital de
imágenes, y se observa que el cambiado de la parte mecánica con respecto a los
analógicos.
idc
FIGURA 2.2 Equipo de rayos-x con detector digital
En la figura 2.3, se muestra un formato de presentación de la imagen radiológica
en el monitor de un equipo de rayos-x con detector digital, esta imagen será visualizada
aproximadamente en 5 segundos luego de emitir los rayos-x al paciente.
FIGURA 2.3 Imagen radiológica en una pantalla de computo.
2.4 Marco teórico del detector de rayos-x digital
20
Este detector convierte los Rayos-X que han pasado a través del cuerpo del
paciente en imágenes digitales estáticas y dinámicas, de tal modo que se pueden obtener
imágenes de alto contraste y resolución espacial. Los avances tecnológicos que se han
hecho en sistemas de diagnóstico por Rayos-X, hacen posible generar datos útiles en un
rango cada vez más amplio de aplicaciones terapéuticas y de diagnóstico.
Recientemente, ha habido una gran actividad investigadora, centrada en el
desárrollo de nuevos detectores de Rayos-X, para alcanzar imágenes totalmente
digitales. Hemos logrado desarrollar un detector plano de Rayos-X de conversión directa,
que permite fluoroscopias y radioscopias digitales de alta resolución. Este nuevo panel
es una superficie de 23cm x 23 cm y se compone de un material fotoeléctrico
(amorphous selenium) y un detector compuesto de pequeños transistores (TFT's Thin
Film Transistor en español Transistor de Película Fina) que miden 150 µm x 150 µm.
Este detector permite obtener imágenes fluoroscópicas a 30 imágenes por
segundo, proporcionando imágenes digitales dinámicas y estáticas, con una resolución
espacial excelente y alto contraste. Realmente, se trata de un detector digital de Rayos-X
innovador, que reemplazará a las placas y a los intensificadores de imagen de Rayos-X
convencionales (1.1.), utilizados durante más de 50 años. En la nueva era de la imagen
digital y redes de información médica, este detector será aplicable en toda la variedad de
exámenes radiológicos.
2.4.1 Estructura del detector de rayos -x digital
El detector digital de conversión directa para la obtención de imágenes
radiográficas , está diseñado para convertir los Rayos-X que han pasado a través del
paciente en señales eléctricas y luego ser digitalizadas, y estará en la posición opuesta
del tubo de rayos-x, hay dos manera de inicio de captura de la imagen una es que el
sistema envíe una señal al detector para que este capture la radiación y la otra opción es
que el detector apenas cense radiación inicie el proceso de captura , también se ha
desarrollado detectores móviles inalámbricos, los cuales son muy útiles en lugares donde
el paciente no puede ser movilizado.
El detector consta de cuatro componentes, los cuales son representados en la
figura 2.4.
a- Una unidad de conversión de Rayos-X
b- Un conjunto de detectores
c- Unidad de procesamiento de señales de alta velocidad
d- Unidad de transferencia de imagen digital
FIGURA 2.4 Estructura interna de un detector plano de rayos-x
2.4.2 Unidad de conversión de rayos-x
21
En esta unidad se utiliza un material fotoeléctrico (selenio amorfo) para convertir
los Rayos-X en señales eléctricas. Cuando una capa de selenio amorfo se expone a los
Rayos-X, se generan, gracias a la fotoconductividad y en proporción al nivel de
exposición, cargas positivas y negativas. Aplicando un voltaje de varios kV en la capa de
se selenio amorfo, las cargas generadas se mueven a través del campo eléctrico como
una corriente. En la figura 2.5 se muestra lo descrito anteriormente.
_I
Condensador Pixel
I J I ¿-m
Rayos-x----+ Serial eléctrica (Efecto Fotoconductivo )
Voltaje Aplicado (KV)
FIGURA 2.5 Esquema interno de un detector en la etapa conversión Rayos-x/Señal
eléctrica
22
2.4.3 Conjunto de detectores
La tecnología TFT se emplea para fabricar un conjunto de más de dos millones de
pequeños detectores en un sustrato de cristal. Cada elemento del detector incluye un
condensador y un TFT. Mientras la unidad de conversión está expuesta a tos Rayos-X,
las cargas generadas se acumulan en el condensador. Cuando et TFT es activado por
una señal procedente de la unidad de procesamiento de atta velocidad, la carga
acumulada es leída como una señal eléctrica. En ta figura 2.6 se muestra un detector
digital sin ningún tipo de cubierta.
./
Picture courtesy of CiF MerliG�I Svstems
FIGURA 2.6 Detector digital
2.4.4 Unidad de procesamiento de señales
Esta unidad genera señales dirigidas en forma secuencial, para activar los TFTs
del conjunto de detectores. Las señales eléctricas leídas en respuesta a la radiación se
amplifican y se envían a un convertidor analógico-digital. Como los datos digitales son
transferidos, esto toma unos segundos, además la unidad de procesamiento tiene ta
función.que después de ser leídos los datos, todos tos condensadores que acompañan a
cada TFT, tendrán que eliminar su carga para que estén preparados para ta nueva
adquisición, de to contrario estarían acumulando carga y enviando lecturas erróneas.
2.4.5 Unidad de transferencia de datos digitales
Esta unidad está diseñada para compensar las señales digitales y para transmitir
imágenes digitales, secuencialmente, hacia el ordenador auxiliar. En Ftuoroscopia, las
23
imágenes dinámicas se obtienen a una velocidad de hasta 30 imágenes por segundo,
correspondiendo a una velocidad de transmisión de datos superior a 1.0 gigabytes por
segundo.
La apariencia externa de este detector conectado a su unidad de transferencia se
muestra en la figura 2.7 , en su parte central se muestra, el campo de visión efectivo de
los Rayos-X, que consta de una lámina de selenio amorfo, dispuesta sobre un detector.
Las placas electrónicas situadas a ambos lados, son utilizadas para generar las señales
de la unidad de procesamiento de alta velocidad.
FIGURA. 2.7 Foto de un detector de rayos-x digital conectado a su unidad de
transferencia.
2.5 Cualidades del detector de rayos-x digital
El desarrollo de estos detectores es un gran paso de la tecnología y la posibilidad
de visualizar imágenes radiográficas en un computador, en un tiempo muy corto de
aproximadamente 5 segundos y poder ser trasmitidas vía red a diferentes lugares, lo que
hace que médicos especialistas pueden dar sus opiniones sobre las imágenes de un
paciente sin estar en el lugar donde se tomo la radiografía, esto acelera un el diagnostico
medico, además poder atender a un numero mayor de pacientes.
2.5.1 Sensibilidad a los rayos-x
24
La sensibilidad del método de conversión directa está determinada por la
eficiencia de absorción de Rayos-X, por parte de la capa de selenio amorfo. Los
experimentos preliminares fueron realizados utilizando un detector de campo pequeño
para investigar la eficiencia de la absorción de los Rayos- X , de capas de selenio amorfo
de diferentes grosores: 510, 740 y 1020 µm
A medida que la eficiencia de absorción de los Rayos-X, se incrementa el grosor
es decir en los experimentos se demostró la eficiencia de absorción de Rayos- X, para
un grosor de 1020 µm fue 1,4 veces mayor que la experimentada en una capa de 510
µm, valor que se aproxima bastante a los resultados de los cálculos teóricos, siendo el
grosor aproximadamente el que se usa actualmente en los diferentes fabricantes, por
ejemplo Toshiba ha decidido emplear una capa de 1000 µm de selenio amorfo para su
detector.
Estos detectores tienen una gran sensibilidad a los rayos-x, y como resultado se
usa menos radiación hacia el paciente con respecto a los sistemas analógicos o
convencionales.
2.5.2 Linealidad y características de respuesta a los rayos-x
La figura 2.8 se muestra las características de respuesta de Rayos-X.
FIGURA 2.8 Curva entre la intensidad de rayos-x y la carga en el condensador de
cada TFT
Las señales eléctricas ( expresadas como cargas eléctricas almacenadas en el
condensador) correspondientes a la dosis de Rayos-X generada, usando un voltaje de 80
KVp entre ánodo y cátodo del tubo de rayos-x.
25
Las señales eléctricas muestran buena linealidad sobre un amplio rango de
valores de exposición de Rayos, y alcanza la saturación en el nivel especificado, incluso
cuando la exposición de Rayos es excesiva.
Estas excelentes características de sensibilidad a los Rayos-X hacen que el
detector sea válido para un gran número de aplicaciones, incluyendo Fluoroscopia y
Radiología.
Con este detector el examen radiológico toma un tiempo muy corto y el operador
puede decidir si salio bien o no la toma, es decir, la posibilidad de repetición del examen
disminuyen en un 1 % y de esta manera se protege al paciente de ser expuesto
nuevamente, recuerde que en el sistema convencional se tiene que revelar la placa de
rayos-x y eso toma tiempo y si el revelado no fue el correcto se tiene que volver a tomar
el examen, estos detectores además de acortar el tiempo de exposición al paciente,
entregan el resultado en segundos y poder ser transferidos las imágenes por una red de
computadoras en forma inmediata , o también enviar las imágenes por Internet, para que
sean chequeadas por otros médicos que se encuentre a distancia. En la figura 2.9 se
muestra una sala de control donde el operador programa el tipo de examen y obtiene el
resultado en una imagen radiográfica.
FIGURA 2.9 Sala de control de un equipo de rayos-x con detector digital
CAPITULO 111
MARCO TEORICO DE TOMOGRAFIA
En 1971 la empresa discográfica EMI anunció el desarrollo del scanner, máquina
que unía el cálculo electrónico a las técnicas de rayos X, constituyendo el mayor avance
en radiodiagnóstico desde el descubrimiento de los rayos X. Su creador fue el Doctor
Godfrey Hounsfield.
Hasta este momento la técnica de rayos X permitía la visualización en dos
dimensiones, con el problema de que unas imágenes se superponían a otras, por lo que
se perdía gran parte de la información. El tomógrafo axial computado de rayos X, nombre
completo del aparato, permite observar cortes del cuerpo humano transversales a su eje
principal con una resolución de hasta 0.5 mm, con lo cual hay muy pocas estructuras que
quedan fuera de observación utilizando esta técnica. En la figura 3.1 se observa las
diferencias.
RADIOLOGIA
TOMOGRAFIA
FIGURA 3.1 Imágenes radiográficas e Imágenes tomograficas
3.1 Equipo de tomografía
27
Desde el primer tomógrafo hasta la fecha, la evolución tecnológica de estos
equipos ha sido permanente, al punto de haberse convertido en la actualidad en una
herramienta de diagnostico de uso tan cotidiano como los equipos de rayos X
convencionales. Una imagen en tomografía ( tomo :corte grafía : dibujo) muestra la
sección transversal de un objeto y permite examinar el interior del mismo, además la
imagen muestra un mapa de la densidad del objeto en el plano de corte .
La imagen se crea midiendo la atenuación de un haz de rayos-x que atraviesa el
objeto. El proceso de síntesis es muy complejo y es necesario el uso de poderosas
computadoras. Como principio tenemos que los materiales más densos (huesos y
tumores) absorben más fotones de radiación que los músculos blandos y la piel.
Los detectores miden el número de fotones que pasan a través del cuerpo, y se
determina que fracción del haz incidente a sido atenuado por absorción. La densidad
promedio es determinada al comparar las intensidades incidente y trasmitida de los
rayos x.
Como se muestra en la figura 3.2 , en tomografía su principio básico es tener un
tubo de rayos-x y opuesto a este un detector los cuales giraran alrededor del paciente ,
los datos que tome el detector serán enviados a un computador , para luego serán
procesados y presentados en un monitor.
• Digrama de bloques de un tomógrafo típico
AMPLIFICADOR ¡......._.::� CONVERTIDOR t----::s-tCOMPUTAOOAA ---4
PRE A/O
DETECTOR
� PACIENTE
� FUENTE OEL_j RAYOSX
MONITOROEVIOEO
DISCO
FIGURA 3.2 Partes básicas de un tomógrafo
IMPRESORA
3.2 Detector de un tomógrafo
28
La función principal del detector es convertir los rayos-x a señales eléctricas y
conjuntamente con los tomógrafos han evolucionado y perfeccionado. El detector de un
tomógrafo esta compuesto de un arreglo de pequeños detectores. Tres importantes
factores clasifican a los detectores, su eficiencia, numero de los pequeños detectores o
arreglo de detectores y concentración del arreglo de detectores.
Al comienzo los tomógrafos usaban un cristal foto multiplicador y era un solo
elemento, luego se usaban arreglos que son un conjunto de detectores formando una fila
y en abanico, en la figura 3.3 se representa un arreglo de detectores
TUBO DE RAYOS-X
FIGURA 3.3 Representación de un arreglo de detectores
Existen dos tipos de detectores, los de gas y los de estado sólido. Los detectores
de gas están basados en el principio de ionización, estos detectores tienen celdas
llenadas con gas xenón a una presión de 30 atmósferas aproximadamente, las cuales
están separadas por planchas de tungsteno cuidadosamente alineados y polarizadas
con unos 200 VDC, y cuando el gas xenón recibe un haz de rayos-x, se polariza
generando una pequeña corriente proporcional a la cantidad de rayos-x, luego cada celda
emitirá una señal eléctrica que es amplificada y digitaliza. Se caracterizan estos
detectores por tener una alta velocidad de respuesta, pero su eficiencia es del 50%
aproximadamente.
29
En la figura 3.4 Se muestra esquema de los detectores de gas xenón
CELDAS VOLTAJE 200VDC
AMPLIFICADOR
CAMARA DE GAS XENON · ---------
SENAL
¡ ¿
FIGURA 3.4 Arreglo de detectores de gas Xenón
SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS
Los detectores de estado sólido o denominados de centelleo, son los que
poseen un cristal de centelleo que cuando los rayos-x impactan, generan luz proporcional
a los rayos-x incididos, entonces esta luz es captada directamente por un foto
multiplicador o foto diodo.
LUZ .
CRISTAL DE
CENTELLEO
\�,,;· SEÑAL ELECTRICA
FOTOMUL TIPLICADOR
o FOTODIODO
SISTEMA DE
ADQUISICION
DE DATOS
FIGURA 3.5 Representación de un detector de estado sólido.
30
En la actualidad se usan solamente fotodiodo los cuales tienen una estructura
representad en la figura 3.6
l l lLUZ DEL CRISTAL DE CENTELLEO
ELECTRODOS DE CONDUCCION
LENTE
\\ o .. ,
·+o
FIGURA 3.6 Fotodiodo usado en un detector de estado sólido.
En la ultima generación de detectores se ha conseguido agrupar varias filas de
detectores de estado sólido y de tamaños muy pequeños, los cuales nos dan diferentes
planos de información con un solo giro , mas adelante se describirá con mas detalle estos
detectores.
� 28.8 mm z-coverage ..., 4x1.2 I 32x0.6 l4x1.2
FIGURA 3.7 Detector de varias filas o multicorte.
31
3.3 Principio de Hounsfield
El coeficiente de atenuación lineal expresa la atenuación que sufre un haz de
rayos X , al atravesar una determinada longitud de una sustancia dada. Este coeficiente
es específico de cada sustancia o materia. El problema de la formación de la imagen en
tomografía, se resume a determinar cuanto es atenuado un haz de rayos X, cuando este
atraviesa una sección determinada y luego poder representar esta información en forma
de imagen.
Un haz de rayos X mono energético (compuesto por una sola longitud de onda)
que atraviesa un trozo uniforme de material, como se representa en la figura 3.8 y la
atenuación que sufre, se expresa de la siguiente manera:
donde:
1 - 1 e-m
.L OUT - IN •
-<----1
llo�lT �
FIGURA 3.8 Representación de un material de longitud L
• lour: Intensidad del rayo X luego de atravesar el
material.
• 1 1N: Intensidad del rayo X incidente.
• m: Coeficiente de atenuación lineal del material.
• L: distancia recorrida por el rayo en el material.
Se puede escribir también lour / l 1N = e·m.L ó l1N / lour = emL _
Tomando logaritmo natural a ambos lados,
In ( l1N / lour ) = m . L
En el cuerpo humano, el haz de rayos X pasa a través de materiales de distintos
coeficientes de atenuación, se puede considerar al cuerpo humano compuesto por un
gran número de elementos de igual tamaño, de largo "W", cada uno de los cuales posee
un coeficiente de absorción constante.
32
En la figura 3.9 se muestra un ejemplo.
FIGURA 3.9 Un material con diferentes coeficientes de atenuación
Estos coeficientes de atenuación están indicados como m1 , m2, . . . , mn. Entonce, la
ecuación que tendríamos es:
In ( 1,N / louT ) = m1 . w + m2 . w + m3 • w + ... + m0 • w
Sacando "W" como factor común y pasándolo al miembro izquierdo,
(1 / w) . In ( l1N / louT ) = m1 + m2 + m3 + ... + mn
Esta fórmula muestra que el logaritmo natural de la atenuación total a lo largo de
un haz de rayos x, es proporcional a la suma de los coeficientes de atenuación de todos
los elementos que el rayo atraviesa. Para determinar la atenuación de cada elemento, se
debe obtener un gran número de mediciones desde distintas direcciones, lo cual genera
un sistema de ecuaciones múltiples, que una vez resuelto dará el resultado esperado.
En la reconstrucción de una imagen de MxN pixeles (incógnitas) , se requiere
hacer MxN mediciones que proporcionen igual numero de datos , para solucionar la MxN
ecuaciones. Los datos son obtenidos de las mediciones de la radiación que atraviesa el
cuerpo.
FIGURA 3.1 O Haces de rayos-x atraviesan el cuerpo humano
33
3.3.1 Algoritmo de reconstrucción
El número de detectores es menor que el número de datos necesarios (MxN),
entonces la solución es rotar el conjunto, tubo de rayos-x y detector fuente alrededor del
paciente para obtener más datos. En la figura 3.11 se representa un matriz de 3x3.
Es posible usar la lectura de todas las trayectorias para crear un mapa
aproximado de la densidad del objeto. Solo se tiene la suma de atenuaciones de los
tejidos o elementos dentro del recuadro, entonces se tiene que resolver ecuaciones y
hallar los valores de los elementos o tejidos:
2
•
1
t
a
d
g
l
•
b
e
h
e
f
i
2 1
t • 1
1 /
-2
- 2
t
2 1
t t
-2
-o
-2
1
� !
FIGURA 3.11 Representación del algoritmo matemático para hallar los coeficientes
de atenuación
Tomado el dato de los valores de las diagonales da como resultado los siguientes:
a = 1 b = 1 c= O d = O e = O f = O g= 1 h = O i = 1
34
3.3.2 Pixel de reconstrucción
A un número mayor de detectores, tendremos más información y se podrá adquirir
imágenes de mayor resolución, por lo que es necesario tener computadores de alta
velocidad, en la figura 3.12 se representa una adquisición con un mayor número de
datos.
FIGURA 3.12 En el momento de la rotación se tendrá un mayor numero de datos.
El píxel reconstruido en tomografía tiene dimensiones como se muestra en la
figura 3.13, y a este se denomina voxel el cual tiene un espesor que en este caso tiene
10 mm, este espesor lo da el colimador. El colimador es un elemento mecánico colocado
en la salida del haz de radiación del tubo de rayos-x.
¡- 0.5mm
0.5mm
10mm
VO>lel
FIGURA 3.13 Representación de un voxel
35
El grosor o espesor del corte esta dado por la apertura del colimador, como se
muestra en la figura 3.14, el cual determinara de que espesor será el haz de rayos-x. La
apertura del colimador será indicada por el operador vía la computadora, esta apertura
se determina dependiendo del órgano a estudiar y el tipo de examen.
Moriltor
-
-
FIGURA 3.14 Se muestra el ancho del haz de rayos-x
3.4 Tipos de imágenes visualizadas según el plano de proyección.
Las imágenes pueden ser presentadas en la pantalla según el plano de
proyección o eje de referencia, se definen como imágenes axiales, imágenes coronales,
imágenes sagitales.
FIGURA 3.15 Imágenes desde diferentes planos de proyección.
3.5 Evolución de los tomógrafos
36
En el transcurso del tiempo la tecnología en tomografía ha evolucionando y a
continuación se menciona las generaciones en tomografía.
3.5.1 Primera generación
Es cuando se tenia un tubo de rayos-x y un solo elemento o detector y tenía una
traslación lineal tanto en un eje X y el eje Y como se muestra en la figura 3.16
Este sistema, tenían una muy baja resolución y tomaba mucho tiempo ( 4 minutos)
para realizar un corte axial al paciente. También se le denominaba movimiento de
traslación y rotación.
.... ..., � 1 ._..,
• 1
�raytube
, ..
( Obiecj r ......... 1
�----j
t,I
o ..Detector
..r·· • 1
1
1
't
FIGURA 3.16 Primera generación.
3.5.2 Segunda generación
El número de elementos o detectores que comprende el detector del tomógrafo
se incrementó a 30 , con un ángulo del abanico de radiación de 20° (ángulo del haz de
radiación que cubre a todo el detector), este sistema tomaba un tiempo de 20 segundos
para realizar un corte axial , se denominaba movimientos de rotación y traslación, hubo
un aumento de densidad de información de esta manera se consigue mejorar la
resolución de las imágenes. Este sistema mantenía la desventaja de tener dos
movimientos de rotación y traslación, lo que da como resultado tomar mucho tiempo en la
adquisición del examen, y como consecuencia una mayor radiación al paciente En la
figura 3.17 representamos la segunda generación ..
37
FIGURA 3.17 Segunda generación.
3.5.3 Tercera generación
En estos sistemas se elimina el movimiento de traslación, quedando solo el
movimiento de rotación alrededor del paciente como se muestra en la figura 3.18, de
esta manera se resolvía problemas mecánicos los cuales tenían como resultado, que el
tiempo que toma el equipo para hacer un corte axial sea igual o menor a 5 segundos, y
tanbien se aumento el numero de detectores que en la mayoría de modelos superaban
los 750 detectores, dando una buena resolución de imagen.
Existía un problema mecánico, el cual limitaba aumentar la velocidad de giro y
poder reducir el tiempo de radiación, también el inconveniente de las conexiones , es
decir se tiene que alimentar el tubo de rayos-x con alta tensión y se tiene que recoger los
datos digitales del detector y enviarlos a la computadora .
En la actualidad este método de adquisición se mantiene, de girar el tubo con el
detector alrededor del paciente, y todos los fabricantes los han desarrollado, además el
inconveniente de conexiones fue solucionado.
Lo que se ha conseguido es tener detectores mucho mas sensibles al los rayos x
y tener conversores análogo a digital mucho mas rápidos, y con el desarrollo del sistema
Slip Ring o anillo deslizante, se soluciona el problema de alimentar de energía al tubo de
rayos X y poder recoger los datos del detector, estos sistemas pueden actualmente
adquirir una imagen en 0.5 segundos.
38
FIGURA 3.18 Tercera Generación
3.5.4 Cuarta generación
Denominada rotación - estacionario, en estos equipos solo el tubo de rayos-x
rotaba y el detector estaba ubicado alrededor del giro del tubo en forma de anillo, es
decir, los detectores estaban en los 360°. Para que el tubo de rayos- x, gire dentro del
círculo de detectores se tiene que aumentar el diámetro de giro y un aumento de
radiación, en la figura 3.19 se representa el sistema de cuarta generación.
En estos equipos se tenia un número de detectores mayor a 4,800 elementos, es
elevado debido a que están formando un circulo completo, pero en el momento de
adquisición solo se usarán los detectores, que están en el abanicó de radiación, en
nuestro ejemplo tiene 30° de apertura. Es importante mencionar que si se aumenta el
diámetro de giro, da como resultado una mayor distancia del tubo de rayos x al detector,
por lo tanto el paciente recibirá una mayor dosis de radiación.
Estos equipos no se fabricaron mucho y en la actualidad ningún fabricante
continuado su desarrollo, debido a que sus costos eran muy elevados y no se encontró
ventajas con respecto a un sistema de tercera generación.
Luego, de esta generación todos los fabricantes siguen desarrollando los
tomógrafos, basándose con la forma de adquisición de la tercera generación y buscan
acelerar su proceso de adquisición con ayuda de las nuevas computadoras y elementos
electrónicos.
FIGURA 3.19 Cuarta Generación
3.6 Formación de una imagen
39
Al detener por un momento el giro del tubo-detector, se puede apreciar que el
tubo irradia y todo el arreglo de detectores captan información del paciente, luego el
sistema tubo - detector gira, a esta toma de información se le denomina VIEW o vista
(figura 3.20) y es muy importante ya que este es un factor que nos indica la calidad de la
imagen tomográfica.
VIEW
FIGURA 3.20 View o vista
40
Mientras sistema tubo-detector, giran, se toman VIEWs o vistas como se
representa en la figura 3.21, y esto involucra el sistema mecánico y sobre todo el sistema
electrónico, donde el sistema conversor de análogo a digital deberá ser tan rápido para
poder tomar el mayor numeró de vistas durante una vuelta completa, cada una de estas
será digitalizada y almacena en un banco de memoria, para luego ser enviada esta
información al computador.
90th VIEW
JllllilllJ illI!lllllllillW ·nmnm1rmrmmmm cn'ITílUITITTOIIIITIJlilIIJII 1UlUll WI lllll11lilllliUIJ u,
.__ _ _. :rnn 11111 wmWllllll ID >
m!ll1m1 nmrnu 1rnuu RAYS
FIGURA 3.21 Toma de vistas mientras gira el tubo de rayos-x
Entonces por cada vuelta completa se genera una imagen tomográfica (figura 3.22)
CT
IMAGING PROCESS
� ---�----�--
- - -. 1---- -r-1-1-
DIGITAL
IMAGE
FIGURA 3.22 Formación de una imagen tomográfica
Para cada vuelta completa, la mesa del paciente se desplazara y se tomara una
nueva toma y de esta manera se explorara el cuerpo humano, en las figura 3.23 y figura
3.24, se muestra como la mesa se desplaza y el equipo realiza el examen.
SLICE DATA SETS
.-+
+-._ STEP
FIGURA 3.23 Toma de imágenes en diferentes planos
Gantry
, 2° nivel de corte \ 1 er nivel de corte
FIGURA 3.24 Se muestra el desplazamiento de la camilla del paciente para cada
plano de exploración
41
3.7 Partes de un tomógrafo
El tomógrafo se compone de las siguientes partes
1 . Gantry o garganta
2. Camilla de Paciente
3. Generador de alta tensión
4. Computadora y consola de control
GANTRY
CAMILLA DE PACIENTE
GENERADOR
DE ALTA
TENSION
i
COMPUTADORA Y
CONSOLA DE CONTROL
FIGURA 3.25 Partes de un tomógrafo
3.7.1 Gantry
42
El gantry es el lugar físico donde es introducido el paciente para su examen. En él
se encuentran el tubo de rayos X, el detector y el sistema de adquisición de datos, que
luego de digitalizar la información es enviada a la computadora principal, además todo el
conjunto mecánico necesario para realizar el movimiento asociado con la exploración.
3. 7 .2 Camilla de paciente
En esta camilla el paciente estará normalmente acostado, mirando hacia arriba,
esta camilla es totalmente automatizada y controlada desde la computadora en sus
diversos movimientos; estos movimientos de la mesa están programados en los
protocolos anatómicos y establecidos por los médicos para las diferentes partes del
cuerpo humano.
3.7.3 Generador de alta tensión
43
Es el modulo que se encarga de poder llevar la tensión de línea ( en nuestro
caso 220 voltios) a 120 Kilo voltios, el cual se aplicará por intermedio de cables
especiales al tubo de rayos-x, pero para llegar a esta tensión se aplica entre ánodo y
tierra 65 KV y entre cátodo y tierra 65 KV que sumados nos entrega 120 Kv entre ánodo y
cátodo.
En nuestro ejemplo el generador de alta tensión esta fuera del gantry, y por
medio de cables especiales, es alimentado el tubo de rayos-x para que genere radiación,
es muy complicado llevar esta alta tensión hacia el tubo y además el tubo tiene que girar
360° alrededor del paciente, se tiene además la dificultad de envío de los datos vía cable,
que salen del detector al computador.
Esto es posible, realizando una vuelta completa en el sentido horario y la
siguiente vuelta se hará en sentido antihorario y de esta manera los cables se enrollaran
en un sentido y luego se enrollaran en otro sentido. Estos equipos tienen como
desventaja el tiempo de exploración de una vuelta por razones mecánicas, en la
actualidad este inconveniente se soluciona integrado el generador de alta tensión dentro
del gantry, esta nueva tecnología se mostrar en el siguiente capítulo.
3.7.4 Computadora y consola
La computadora es un módulo que está compuesto en general por tres unidades,
cuyas funciones están claramente diferenciadas. Éstas son:
Unidad de control del sistema (CPU).
Unidad de reconstrucción rápida (FRU).
Unidad de almacenamiento de datos e imágenes.
El control del sistema o CPU tiene a su cargo el funcionamiento total del equipo.
Su configuración es similar a la de cualquier sistema con microprocesador con su
software y hardware asociados.
La unidad de reconstrucción rápida o FRU es la encargada de realizar los
procedimientos necesarios, para la reconstrucción de la imagen a partir de los datos
recolectados del detector.
El sistema de almacenamiento de datos e imágenes está generalmente
compuesto por uno o más discos magnéticos, donde se realiza el almacenamiento, no
sólo de las imágenes reconstruidas y de los datos primarios, sino también del software de
aplicación del tomógrafo, en muchos casos existe un disco de respaldo en caso que se
dañe el programa.
CAPITULO IV
AVANCES TECNOLÓGICOS EN TOMOGRAFÍA
En tomografía se contaba con computadores de alta velocidad de procesamiento
y conversores análogos a digitales muy veloces, pero no que se podía acelerar el
proceso mecánico de giro del tubo de rayos X alrededor del paciente, y poder llevarle
energía a este.
4.1 Tecnología slip ring o anillo deslizante
En los equipos modernos de tomografía se han desarrollado el sistema slip rings
que son elementos electromecánicos, que consisten en un sistema circular donde hay
anillos conductores y escobillas, que por rozamiento trasmiten energía en el interior del
gantry, a estos tomógrafos se les denomina tomógrafos helicoidales. Los sistemas de
tomografía helicoidal o espiral son posibles gracias a la tecnología Slip-Ring o anillo
deslizante, y como resultado la rotación continua del tubo-detector en solo sentido,
llegando a dar una vuelta completa en 0.5 segundos. Hay dos tipos de slip rings
diseñados para el uso de los tomógrafos, el tipo disco y el tipo cilindro. En la figura 4.1
donde se muestra el Slip Ring tipo disco, se puede ver anillos conductores concéntricos
de manera que están en un plano de rotación.
FIGURA 4.1 Slip Ring tipo disco
45
En la figura 4.2, se muestra el tipo, el cual tiene los anillos conductores sobre el
cilindro y las escobillas de transferencia de energía son perpendiculares a cada círculo o
anillo conductor.
Hay dos tipos de Brush o escobillas, una del tipo alambre (hilos metálicos) y el
otro tipo es un carbón metalizado, siempre se ponen dos escobillas en diferentes ángulos
para cada anillo, para asegurar un buen contacto en el momento del giro.
FIGURA 4.2 Slip ring tipo cilindro
En la figura 4.3 se observa como funciona los slip rings, donde se puede apreciar
que en los equipos helicoidales o de rotación contigua tanto el tubo de rayos-x y el
transformador de alta tensión giran alrededor del paciente, entonces, se tiene que
alimentar vía los slip rings al transformador, el gráfico muestra la conexión de este y del
tubo de rayos-x. En nuestro ejemplo hay tres anillos deslizantes separados y aislados
entre ellos, que son alimentados por la red trifásica de 220 voltios, estos anillos están
girando con el tubo de rayos-x y el transformador de alta tensión.
46
El transformador de alta tensión se conecta a los slips rings y se alimenta, luego
este elevará la tensión a 120 KV y entregará energía eléctrica por medio de cables
especiales al tubo de rayos-x
El giro normalmente en estos equipos en sentido horario y el sistema gira
alrededor del paciente durante todo el tiempo que demora el examen. Los nuevos
equipos han llegado ha realizar una vuelta completa en 0.5 segundos, lo cual tiene como
resultado un tiempo muy corto de radiación al paciente.
Este avance tecnológico en tomografía entrega a los médicos mas herramientas
para poder explorar órganos que antes no eran posibles de estudio, como el corazón. Los
datos obtenidos por los detectores son enviados por otros slip rings de baja potencia que
se encuentran en la parte posterior del gantry .
El hecho de girar a 0.5 segundos por vuelta completa, hace que todos las partes
del gantry que están girando deberán estar muy bien sujetas y aseguradas, ya que la
fuerza centrifuga de estos elementos es alta, y es muy peligroso sobre todo cuando se
realiza el mantenimiento.
tubo de rayos-x
SLIP RING
escobillas
220
voltios·
TRANSFORMADOR
DE AL TA TENSION
FIGURA 4.3 Sistema de alimentación de un tubo de rayos-x usando slip rings
47
En estos equipos el tubo de rayos-x esta girando alrededor del paciente durante
todo le examen, y la camilla de paciente se desplaza en forma continua, en la figura 4.4
se muestra como la camilla ingresa y de esta manera se puede obtener imágenes en un
tiempo muy corto, de la región que se esta explorando.
FIGURA 4.4 Movimiento continuo de la camilla de paciente mientras el tubo gira.
Estos equipos tienen una característica muy importante, la adquisición obtenida,
es un volumen total de la región explorada y luego de tener este volumen, el medico
decide que parte o partes quiere ver y en que plano, es decir, si son vistas axiales,
sagitales o coronales. El la figura 4.5, se observa la diferencia de adquisición en un
sistema convencional y un helicoidal.
1 11 convencional helicoidal
FIGURA 4.5 Cortes en un sistema convencional versus un sistema helicoidal.
4.2 Tecnología multicorte en tomografía
48
Los ingenieros que desarrollaron los tomógrafos, habían conseguido que los
equipos puedan rotar a 0.5 segundos por vuelta y de esta manera disminuir el tiempo de
radiación al paciente , pero en la carrera tecnológica se consigue evolucionar también el
detector , es decir normalmente en los equipos cuando se realizaba un giro completo al
paciente se generaba una imagen, por que los detectores era mono planos, entonces,
pensaron colocar detectores en paralelo, en este ejemplo se representa un sistema
multicorte de cuatro cortes. (figura 4.5)
TUBO DE RAYOS-X
CT- de un solo corte Un tubo de rayos-x y un arreglo de detectores, tiene un canal de adquisición . Una Imagen se genera en un plano.
CT- de cuatro cortes (Multlcorte) Un tubo de rayos-x y múltiple arreglo de detectores, tiene 04 canales de adquisición . Cuatro Imágenes se generan en cuatro planos diferentes
FIGURA 4.5 Tomógrafo de un corte versus un tomógrafo de cuatro cortes.
Con estos sistemas se puede obtener en una vuelta completa cuatro planos
diferentes del cuerpo humano, esto hace que se tenga mucha mas información en menos
tiempo, y que el tiempo del examen disminuya ..
Cada fila de detectores tiene tarjetas independientes de amplificadoras de la
señal, conversor análogo - digital y de transferencia de datos, esto hace que el operador
pueda tener las cuatro imágenes en forma simultanea según . Esto ha elevado los costos
de estos equipos ya que se repiten los circuitos en paralelo para acelerar el proceso
digital y presentación de imágenes en forma simultanea, en la figura 4.6 se representa
este proceso
49
St111rc,·
C,1/li111,1/or·,;
---------
P11tic111
FIGURA 4.6 Sistema multicorte de cuatro cortes.
Combinando los sistemas helicoidales y los sistemas multicorte se tiene como
resultado acelerar el examen, y poder explorar un mayor volumen en menor tiempo, es
por eso que hoy en día cuando se realiza una tomografía con los equipos multicorte se
refieren también a exámenes volumétricos de una sección del cuerpo, en figura 4.7 se
muestra esta combinación de los dos desarrollos mas importantes en tomografía.
FIGURA 4.7 Sistema Helicoidal Multicorte
En la actualidad los fabricantes han podido instalar detectores de 64 planos
diferentes o cortes con un espesor de 0.5 mm, esto hace que muchas estructuras
anatómicas que antes no se podía explorar ahora es posible con estos equipos.
4.2.1 Detector multicorte en tomografía
50
En la figura 4.8 se representa un detector multicorte de 32 filas de un ancho de
cada una de 0.6mm. y 8 filas adicionales en los extremos de 4 filas con un ancho de
1.2mm, este arreglo es típico de algunos fabricantes donde concentran el mayor numero
de filas en el centro.
111111 28.8 mm z-coverage ..., 4x1.21 32x0.6 l4x1.2
FIGURA 4.8 Detector de 32 filas de 0.6 mm. y 8 filas de 1.2 mm.
Los médicos pueden explorar las partes del cuerpo humano teniendo volúmenes
de el, es decir, con las nuevas computadoras se pueden tener imágenes tri
dimensionales de los órganos y poder retarlos, además poder hacer cortes imaginarios,
con el ángulo y el plano que se desee, también se ha creado un software que realiza
endoscopía virtual por lo que el medico puede viajar dentro de algunos órganos en forma
virtual.
Como se aprecia estos adelantos tecnológicos y con al ayuda de las
computadoras que cada día son mas veloces y que procesan un mayor numero de
datos, se puede explorar el cuerpo humano con un tomógrafo sin tocar al paciente.
Se esta desarrollando la nueva generación de tomógrafos los cuales son
denominados Sta. generación, estos equipos están en la etapa de investigación. Se esta
buscando evitar el parte mecánica de rotación y que un haz de rayos-x viaje y puedan
flexionar y rotar alrededor del paciente, y con esto podemos tener adquisiciones que
pueden llegar a milisegundos ya que solo se dependerá del haz de electrones,
Es un proyecto muy ambicioso para el futuro, en la figura 4.9 se representa este
proyecto de tomógrafo.
BOMBA DE VACIO
BOBINA DE ENFOQUE
HAZ DE ELECTRONES BOBINA DE DEFLEXION
FIGURA 4.9 Tomógrafo de Sta. generación.
51
SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS
DETECTORES
En la figura 4.1 O se muestra imágenes en tres dimensiones de la parte ósea del cuerpo
humano, teniendo como base una imagen tomográfica.
FIGURA 4.1 O Imagen en tres dimensiones de la parte ósea generada por un
tomógrafo.
CAPITULO V
TECNOLOGiA DE INVERSORES EN LA GENERACIÓN DE RAYOS-X
Se muestra algunos de los circuitos mas usados en la etapa de alto voltaje, como
se menciono anteriormente en radiología se aplica desde 40 KV hasta 130 KV en los
extremos del tubo de rayos-x, lo mas común es tener un punto de tierra y aplicar en el
ánodo hacia tierra 65 KV y entre cátodo y tierra 65KV sumados dan el voltaje máximo de
130 KV.
5.1 Rectificadores en alta tensión
El problema fue siempre el poder rectificar la señal de alto voltaje para obtener al
mayor nivel de continua, en la figura 5.1 se muestra un sistema donde el mismo tubo de
rayos-x se comporta como un diodo y rectifica a media onda el voltaje, en este caso los
cables de alta tensión deberán tener un aislamiento adicional contra el voltaje inverso.
En la figura 5.2 se muestra un circuito de rectificación con sistemas de diodos, de
esta manera los cables ya no soportan el voltaje inverso, cada sistema de diodos esta
compuesto de un conjunto de diodos que soportan un promedio de 20KV cada uno,
entonces, se coiocan en serie para poder llegar a rectificar un voltaje de 65KV o mayor, el
transformador elevador y el conjunto de diodos y contactos de alta tensión están
sumergidos en aceite dentro de un tanque. Este aceite es especial y posee la propiedad
de aislar todos los elementos dentro del tanque y también de disipar el calor que se
genera durante el tiempo de exposición.
CATOOO
--- ---- ------ - -------=--�� -r--- -- - - - - - - - - - -- - - - - - - - - -- 1
Voltaje en el tubo de rayos-x
b
FIGURA 5.1 Media onda sin proteccion sobre voltaje inverso.
53
Voltaje en el tubo de rayos-x
b -- ----
FIGURA 5.2 Media onda con proteccion de voltaje inverso
En la figura 5.3 se muestra un sistema de rectificación de onda completa, donde
conseguimos un nivel de continua mayor sobre el tubo de rayos x, con lo que se
disminuyo un poco el tiempo de radiación. En la fabricación de los transformadores de
alta tensión se debe tener mucho cuidad en la selección del tipo de alambre a usar, así
como el aceite y su factor de aislamiento, es también importante que el sistema de pozo
de tierra sea el adecuado, para evitar cualquier daño al personal de servicio técnico ,
como a los operadores.
Voltaje en el tubo de rayos-x
CATOOO )
FIGURA 5. 3 Onda completa
En la figura 5.4 se muestra un sistema del transformador elevador o
transformador de alta tensión con tres fases, el cual nos da un voltaje con un valor de
continua mejorado, pero este sistema eleva el costo de los equipos. Todos estos
sistemas trabajan con frecuencias iguales a la de la red es decir, de 50Hz o 60Hz, debido
a que el transformador solo eleva la tensión a los valores solicitados por el operador, que
mediante un selector mecánico con diferentes taps, se cambia el voltaje en el primario y
este se refleja en el secundario.
54
Voltaje en el tubo de rayos-x
WI
wr=O
3 3
FIGURA 5.4 Rectificador tri fasico
Retomando un sistema de rectificador de onda completa, y revisando las formulas
correspondientes, se tiene que la cantidad de energía trasmitida al tubo de rayos-x, es
proporcional al área bajo al cuNa del voltaje aplicado en el tubo de rayos-x . en la figura
5.5 se muestra la formula , se concluye que a medida que el periodo sea mas corto o la
frecuencia sea mas alta, tendremos un valor mayor de transferencia de energía y
podemos reducir el tiempo de exposición.
2 2fv S d 2Vmax �,e = T max enOJt OJt
=
o 1{
,,,t
= Ü,636V:nax
FIGURA 5.5 Rectificador de onda completa.
55
Con esta simple formula se inicia el desarrollo de sistemas de radiología llamados
de alta frecuenta, los cuales se sigue desarrollando y elevando la frecuencia de trabajo,
se inicio con 1000 Hz, en la actualidad se ha llegado a 25 KHz, es decir, se ha mejorado
los equipos y se ha disminuido el tiempo de radiación al paciente, esto es posible con la
aplicación de generadores que usan inversores.
El desarrollo demoró por que se tenia que fabricar transformadores que soporten
frecuencias altas y dispositivos que soporten voltajes altos a estas frecuencias, pero hubo
una disminución en el tamaño de estos transformadores considerablemente , y sobre
todo fue importante este aspecto para las nuevas generaciones en tomografía, ya que
estos transformadores rotan conjuntamente con el tubo de rayos-x.
5.2 Formas de onda en un generador de alta tensión actual
El generador es el componente de suministra al tubo de rayos-x, la energía
eléctrica necesaria para la producción de rayos-x, en la figura 5.6 se muestra las formas
de onda que podemos obtener con un generador (AC) convencional que trabaja a
frecuencias de la red 60 Hz y un generador que trabaja a frecuencias altas (HF) , en el
cual se obtiene casi una constante, estos generadores son el resultado del uso de
inversores que trabajan a frecuencias mucho mas altas que la frecuencia de la red, en la
actualidad se ha conseguido llegar a 25 Khz, también se han desarrollado rectificadores
que respondan a esta frecuencia y soportan altos voltajes.
FIGURA 5.6 Formas de onda de un generador de AC y un generador de alta
frecuencia (HF)
5.3 Generador de alta frecuencia (HF)
56
Con los generadores de alta frecuencia se ha podido reducir el tiempo de
exposición en un 30%. En la figura 5.7 se muestra las ondas obtenidas por un generador
convencional AC con referencia a un generador de alta frecuencia se observa que la
misma energía trasmitida en los dos generadores toman diferentes tiempos.
FIGURA 5.7 Formas de onda de un generador convencional y uno de alta
frecuencia
Se muestra en al figura 5.8 un diagrama de bloques que se aplica en estos
equipos.
FIGURA 5.8 Diagrama de bloques de un sistema de alta frecuencia.
57
En el diagrama de bloques de la figura 5.8 se muestra primero que la señal de
voltaje de ingreso se rectifica, puede ser un voltaje monofásico o trifásico, luego obtener
un voltaje continuo y se usa un banco de condensadores para estabilizar el valor del
voltaje continuo durante el tiempo exposición de rayos-x , normalmente los equipos usan
fracciones de segundo para realizar una exposición y estos condensadores ayudan en
que el voltaje DC de ingreso del inversor sea lo mas estable posible, en algunos equipos
se ha conseguido usar baterías las cuales acumulan energía DC y desde las baterías se
realiza la exposición de de rayos-x, estos equipos son muy útiles en lugares donde no se
cuenta con la suficiente potencia disponible.
Luego de tener un voltaje DC se ingresa al inversor, el cual convertirá una tensión
DC a AC a una frecuencia determinada, este voltaje AC al transformador de alta tensión
el cual elevará la tensión al valor programado por el operador que esta entre 40Kv y 130
Kv , el cual es aplicado al tubo de rayos-x , se cuenta también con un circuito de control ,
el cual tiene como función adquirir una muestra del voltaje de salida y lo compara con el
voltaje solicitado por el operador.
El circuito de disparo es el que controlara el tiempo de exposición y tendrá la
facultad de interrumpir el disparo en el momento que, el circuito de control le informe que
el voltaje de salida no es el correcto.
Todo este sistema será controlado por microprocesadores los que verifican
constantemente los factores que se usan en radiología, como es el voltaje de salida hacia
el tubo de rayos-x, la corriente aplicada y el tiempo de exposición.
5.3.1 Convertidores CC/CA - inversores
Los inversores son convertidores estáticos de energía que convierten la corriente
continua CC en corriente alterna CA, con la posibilidad de alimentar una carga en alterna,
regulando la tensión, la frecuencia o bien ambas. Las aplicaciones típicas de los
inversores de potencia pueden ser:
- Accionamientos de motores de CA de velocidad ajustable.
- Sistemas de alimentación ininterrumpida.
- Dispositivos de corriente alterna que funcionan a partir de una batería.
- Para nuestro caso equipos de rayos-x.
Los convertidores de CC/CA han revolucionado los equipos de rayos-x y los
tomógrafos, disminuyendo el tiempo de radiación al paciente, la exactitud de emisión y
además se ha disminuido el tamaño físico de los generadores, y esto hace posible que
el tomógrafos el generador pueda girar conjuntamente con el tubo de rayos-x dentro del
gantry. Se describe a continuación algunos de los sistemas de inversores que se usan en
la fabricación de generadores de alta tensión en equipos de radiología.
5.3.2 El inversor monofásico en puente completo
58
El inversor en puente completo está formado por 4 interruptores de potencia
totalmente controlados, típicamente transistores MOSFETs o IBGTs, tal y como se
muestra en la figura 5.9
Vcc
is -
-
! is1
S1
A
! is-1
S4
+
__,.
ic
! isJ
S-:,
"e
B
Rr ! isJ
S2
FIGURA 5.9 Inversor en puente completo.
Vcc --
-==-
Vcc
+ . .----. B A �L. _.,---,
Te RL
(a)
''e =O
A + i----... B
L�R, (e)
Vcc
Vcc
Ve =Vcc
ºs u 3
+. • - B A L , J- --• __..
o S-1 u
le
(b)
ve =O
A Te RL
S-1
(d)
S1
FIGURA 5.10 Circuitos equivalentes del inversor en puente completo: (a) S1 y S2
cerrados. (b) S3 y S4 cerrados. (c) S1 y S3 cerrados. (d) S2 y S4 cerrados.
59
La tensión de salida Ve puede ser+ VCC, -VCC, ó O, dependiendo del estado de
los interruptores. Las figuras 5.1 0a y 5.1 0d muestran los circuitos equivalentes para
algunas de las posibles combinaciones de los interruptores. La tabla siguiente muestra la
tensión de salida que se obtiene al cerrar determinadas parejas de interruptores.
Interruptores cerrados Tensión de salida ve
S1 y S2 + Ycc
S3 y S4 - Ycc
S1 y S3 o
S2 y S4 o
Se observa que S1 y S4 no deberían estar cerrados al mismo tiempo, ni tampoco
S2 y S3 para evitar un cortocircuito en la fuente de continua. Los interruptores reales no
se abren y se cierran instantáneamente, por tanto debe tenerse en cuenta los tiempos de
conmutación al diseñar el control de los interruptores
El tiempo permitido para la conmutación se denomina tiempo muerto ("blanking
time"). Para obtener una tensión de salida Ve igual a cero se pueden cerrar al mismo
tiempo los interruptores S1 y S3 o bien S2 y S4. Otra forma de obtener una tensión cero a
la salida sería eliminando las señales de control en los interruptores, es decir,
manteniendo abiertos todos los interruptores.
5.3.3 Inversores con transformador de toma media ("PUSH-PULL")
La figura 5.11 muestra la configuración push-pull y la forma de onda de salida. En
este caso en la configuración push-pull, se debe tener en cuenta la relación de espiras
entre cada uno de los primarios y el secundario.
+ nV,,
t
o
- nV,c -----
FIGURA 5.11 Inversor con transformador de toma media o push-pull.
60
Se presenta un ejemplo practico, es decir, este es un circuito utilizado en un
tomógrafo marca TOSHIBA , si observamos este circuito es basado en el método con
transformador de toma media - push pull , según la figura 5.12
RECTIFICADOR EN
BAJA TENSION
$lf 3
200V
CHOPPER
T
TRANSFORMADOR DE
ALTO VOL TAJE TUBO DE
RAYOS-X
T
T
15 KhZ
INVERSOR RECTIFICADOR EN
ALTO VOLTAJE
ANODO
FIGURA 5.12 Circuito de alta tensión de un tomógrafo Toshiba
Se puede ver que primero se rectifica el voltaje trifásico de la red y se coloca un
filtro de inductancia y uno de capacitancia para obtener el mejor voltaje continuo, luego
tenemos un control de chopper, es decir es como una llave que solo dejara pasar el
voltaje DC cuando sea requerido el disparo de rayos-x, cuando es aplicado el voltaje DC
en el punto medio del transformador el oscilador en este caso de 15 khz dispara a los
transistores IGBT en forma alternada y generando una onda cuadrada la cual pasara por
el transformador elevador de alto voltaje , luego será rectificado y aplicado al tubo de
rayos-x.
Este circuito parece un sistema muy simple pero es muy complicado trabajar a
frecuencias altas y tener voltajes tan altos en la salida , los dispositivos y el cuidado del
diseño y ubicación de estos hace todo una ingeniería especializada, en donde se debe
colocar todos los elementos en espacios reducidos y teniendo cuidado de que la alta
tensión no genere arcos hacia tierra, cabe recordar que la etapa de alto voltaje esta
sumergido en aceite aislante, y en recinto sellado en donde no puede existir ninguna
burbuja de aire por tal razón el aceite es llenado en un vacío para eliminar cualquier
ingreso de aire, esta condición de llenado es debido a que el aire a esta tensión es
conductor y se ocurriese un arco hacia tierra podría dañar elementos internos del
transformador y contaminar el aceite con pequeñas partículas carbonizadas.
61
Ocurre en muchos casos que si estos sistemas de alta tensión son llevados a
lugares en donde la presión es menor a la que fue llenado el aceite, ingrese aire
generando problemas de arcos internamente y es por eso se debe consultar a la fabrica
a que altitud se instalara estos equipos para segurar el buen llenado al vacío del aceite.
Las fallas mas comunes son las fugas de alta tensión en los equipos de rayos-x y
tomógrafos, es muy importante que los ingenieros que instalan equipos de radiología
deberán tener mucho cuidado y seguir las indicaciones de la fábrica en el momento de la
instalación.
CAPITULO VI
EQUIPOS COMERCIALES Y ANÁLISIS DE COSTOS
En este capítulo se muestran algunos equipos de radiología digital y tomografía
que se comercializan actualmente en el mercado, y se desarrollará los costos
aproximados de los equipos y los costos de instalación.
6.1 Equipos Comerciales
Existen actualmente varias empresas que fabrican equipos de radiología digital y
tomografía, algunas de las marcas reconocidas son: Philips, General Electric, y Siemens.
En cuanto a los costos, estos son muy variables ya que siempre existen diferentes
configuraciones y opciones, según la especialidad del centro de salud, esto hace que dos
equipos del mismo modelo y marca pueden tener aplicaciones diferentes.
De cualquier manera, se podría decir que lo que hace la diferencia mayor es la
potencia del generador de alta tensión y el tubo de rayos-x que será instalado en estos
equipos. Cuanto mayor es el generador y el tubo, mayor calidad de imágenes se obtiene
y menor el tiempo de radiación.
En el caso de los equipos de rayos-x digital, estos equipos tienen diferentes
variantes en su construcción mecánica según el fabricante, se encuentra equipos en
donde el tubo de rayos-x y el detector están unidos por un brazo tipo U , el cual puede
girar sobre un eje de tal manera que pone en diferentes posiciones al tubo con respecto
al detector, otro tipo de fabricante coloca un brazo telescópico que sujeta al tubo de
rayos x , el cual se desplaza en unos rieles que están fijados en el techo.
En el caso especifico de los tomógrafos existe otras características que elevan los
costos es le numero de filas de detectores, que serán instalados en su gantry, también
el sistema mecánico que pueda hacer que el giro llegue hasta 0.5 segundos por vuelta,
la capacidad del tubo de rayos-x, la potencia del generador de alta tensión y los
software de aplicaciones diversos los cuales son ofertados como opciones al adquirir un
equipo. Los costos de instalación para un equipo de rayos- x digital y un tomógrafo son
similares en lo que se refiere infraestructura, varían en el costo de la potencia de
suministro de energía eléctrica, a continuación se presentan algunos equipos de las
marcas que se comercializan en el Perú.
63
Siemens
Tomógrafo sentation 40
Este tomógrafo tiene 40 filas de detectores, es decir que puede generar en una
sola vuelta o giro 40 imágenes de diferentes planos, es muy útil para la exploración de
pequeños órganos y el tubo que posee tiene tres diferentes puntos focales, los que se
usar dependiendo del examen.
----
FIGURA 6.1 Tomógrafo Sensation40
Especificaciones técnicas
Tercera generación.
Slip ring de bajo voltaje.
Apertura del gantry 70 cm
Campo de visión (FOV) de 50extendido a 70 cm
Angulo de inclinación del gantry ±30º
Generador de rayos-x de alta frecuencia
Potencia del generador de 70 (80) KW
Configuración de KV disponible de 80, 100, 120 y 140 KV
Rango de mA desde 28 hasta 580 con pasos de 1 mA
Capacidad del tubo de rayos-x 8 MHU
Puntos focales del tubo de rayos-x 0.6x0.7 , 0.7x0.7 , 0.8x1 .1 mm
Máxima tasa de enfriamiento del tubo 5000 KHU/min
Tipo de detector estado sólido
Numero d detectores por fila 672
Numero de filas del detector 40
Máximo tiempo de sean continuo 100 segundos
64
Siemens
Equipo de rayos-x digital Axiom fx
Equipo de rayos-x con detector digital el cual tiene una camilla de paciente de
carbono donde el paciente se encuentra suspendido, con movimiento vertical ajustable y
automatizado los movimientos del detector y el tubo de rayos-x.
-
" .
FIGURA 6.2 Equipo de rayos-x digital Axiom fx
Especificaciones técnicas - Sistema de adquisición directa digital
Brazo soporte techo telescópico para el detector y otro para el tubo de rayos-x.
Distancia foco detector motorizada variable desde 100 cm ó menos hasta 200 cm
Potencia del generador nominal: 64Kw
Rango de Kv: De 40 Kv hasta 150Kv
Corriente máxima : 640mA
Tubo de rayos-x de 600 KHU ( almacenamiento térmico)
Disipación térmica del ánodo de 1664 HU/s
Puntos focales: Foco fino de 0.6 mm, foco grueso de 1.2 mm
Colimador motorizado con rotación
Con sistema de detección directa con tecnología FPD (Detector de panel Plano).
Área activa de adquisición de imagen 35 cm x 43 cm
Con resolución menor de 108 micrones
Convertidor A/D: 14 Bit como mínimo
Sistema operativo Windows
Monitor color TFT con pantalla táctil de 17" ( 1280 X 1024 de resolución)
Tiempo de visualización de la imagen de 5 segundos.
65
General Electric
Tomografo LightSpeed Pro 32
Este tomógrafo tiene 64 filas de detectores, es decir que puede generar en una
sola vuelta o giro 64 imágenes de diferentes planos, es muy útil para la exploración de
pequeños órganos y posee un generador de 1 00KW de potencia lo que le hace poder
realizar un mayor numero de pacientes., en forma continua.
FIGURA 6.3 Tomógrafo LightSpeed Pro 32
Especificaciones técnicas
Tercera generación.
Slip ring de bajo voltaje.
Apertura del gantry 70 cm
Campo de visión (FOV) de 25 a 50 cm
Angulo de inclinación del gantry ±30°
Generador de rayos-x de alta frecuencia
Potencia del generador de 1 00KW
Configuración de KV disponible de 80 , 100, 120 y 140 KV
Rango de mA desde 1 O hasta 800 con pasos de 5 mA
Capacidad del tubo de rayos-x 8 MHU
Puntos focales del tubo de rayos-x 0.6x0.7 y 0.9x0.9 mm
Máxima tasa de enfriamiento del tubo 2100 KHU/min
Tipo de detector estado sólido
Numero d detectores por fila 888
Numero de filas del detector 64
Máximo tiempo de sean continuo 60 segundos
66
General Electric
Equipo de rayos-x digital Definium 600
Equipo de rayos-x con detector digital el cual presentara las imágenes en menos
de 5 segundos, tiene todos los movimientos mecánicos programados y automatizados lo
que acelera la ejecución de los exámenes.
FIGURA 6.4 Equipo de rayos-x digital Definium 600
Especificaciones técnicas
Sistema de adquisición directa digital
Brazo en "C" ó en "U" motorizado integrado el tubo de RX y el detector.
Distancia foco detector motorizada variable desde 100 cm ó menos hasta 180 cm
Potencia del generador nominal: 50Kw
Rango de Kv: De 40 Kv hasta 150Kv
Corriente máxima : 640mA
Tubo de rayos-x 400 KHU
Disipación térmica del ánodo de 1664 HU/s
Puntos focales: Foco fino de 0.6 mm, foco grueso de 1.2 mm
Colimador motorizado con rotación
Con sistema de detección directa con tecnología FPD (Detector de panel Plano).
Área activa de adquisición de imagen 35 cm x 43 cm
Con resolución menor de 108 micrones
Convertidor A/D: 14 Bit como mínimo
Sistema operativo Windows
Monitor color TFT con pantalla táctil de 17" ( 1280 X 1024 de resolución)
Tiempo de visualización de la imagen de 3 segundos después de la finalización
de la exposición.
67
Philips
Tomógrafo brillance CT 40
Este tomógrafo tiene 52 filas de detectores, es decir que puede generar en una
sola vuelta o giro 52 imágenes de diferentes planos, puede entregar radiación en forma
continua hasta 100 segundos, y posee un generador de 60KW de potencia.
Características
Tercera generación.
Slip ring de bajo voltaje.
Apertura del gantry 70 cm
Campo de visión (FOV) de 25 a 50 cm
Angulo de inclinación del gantry ±30°
Generador de rayos-x de alta frecuencia
Potencia del generador de 60 KW
---
Configuración de KV disponible de 80, 90, 120 y 140 KV
Rango de mA desde 30 hasta 500 con pasos de 1 mA
Capacidad del tubo de rayos-x 8 MHU
Puntos focales del tubo de rayos-x 0.5x1 .O y 1.0x1 .O mm
Máxima tasa de enfriamiento del tubo 1608 KHU/min
Tipo de detector estado sólido
Numero de detectores por fila 690
Numero de filas del detector 52
Máximo tiempo de sean continuo 100 segundos
68
Philips
Equipo de rayos-x digital DigitalDiagnost
Equipo de rayos-x que tiene una columna suspendida en el techo para el tubo de
rayos-x, posee una mesa convencional con tablero flotante y un soporte tipo mural
para exámenes de tórax
FIGURA 6.6 Equipo de rayos-x digital DigitalDiagnost
Especificaciones técnicas
Sistema de adquisición directa digital
Brazo soporte techo telescópico para el tubo de rayos-x.
Distancia foco detector motorizada variable desde 100 cm ó menos hasta 200 cm
Potencia del generador nominal: 65Kw
Rango de Kv: De 40 Kv hasta 150Kv
Corriente máxima : 640mA
Tubo de rayos-x con almacenamiento térmico de 600 KHU
Disipación térmica del ánodo de 1600 HU/s
Puntos focales: Foco fino de 0.6 mm, foco grueso de 1.2 mm
Colimador motorizado con rotación
Con sistema de detección directa con tecnología FPD (Detector de panel Plano).
Área activa de adquisición de imagen 43 cm x 43 cm
Con resolución menor de 144 micrones
Convertidor A/D: 14 Bit como mínimo
Sistema operativo Windows
Monitor color TFT con pantalla táctil de 17" (1280 X 1024 de resolución)
Tiempo de visualización de la imagen de 5 segundos .
6.2 Análisis de Costos
69
En esta sección se desarrolla los costos aproximados de los equipos de rayos-x
digital Y tomografía, además los costos de adecuación de los lugares en donde se
instalaran.
6.2.1 Estimación del Costo de un equipo de rayos-x digital
Estos equipos aplican una tecnología nueva en la adquisición de imágenes
radiográficas, estando en pleno desarrollo lo que hace que el costo se eleve, además el
precio variara dependiendo de la resolución del detector, el tipo de tubo de rayos x y la
potencia del generador. Tomado en cuenta estos factores el precio promedio de un
equipo de rayos-x digital es de USO$ 400,000.00.
6.2.2 Estimaciones de costos de un tomógrafo.
Los tomógrafos actuales tienen un desarrollo en lo que se refiere al detector y a
la potencia del generador de rayos x, por lo que se precisan los costos aproximados de
los diferentes elementos que componen el proyecto de implementación de un tomógrafo
multicorte.
El precio de venta de un equipo de tomografía, que posee un número de filas en
el detector mayor a 40 filas es del USO$ 800,000.00.
6.3 Análisis de costos de Instalación
En este punto se desarrollará los requerimientos necesarios para el proceso de
instalación de un equipo de rayos-x digital y un tomógrafo, en este caso son muy
similares.
6.3.1 Edificación
Muy a menudo se utiliza salas donde existían equipos de rayos-x antiguos o
tomógrafos, el área aproximada requerida es de 20 metros cuadrados como mínimo, de
no existir una sala se deberá construir una nueva, con especificaciones de protección
radiológica. Aparte de los requerimientos básicos de espacio de terreno que requiere un
equipo de rayos-x digital o un tomógrafo, también debe ser diseñado un área para la
espera de los pacientes y las oficinas de los médicos.
6.3.2 Blindaje de Protección radiológica
El blindaje es requerido para evitar la fuga de radiación de la sala de examen,
normalmente se usan planchas de plomo que recubren las paredes de la sala de
examen, y todas la puertas serán blindadas con planchas plomo (las ventanas
normalmente son clausuradas) .El costo del blindaje con planchas de plomo es de USO
$ 12,000.00.
70
6.3.3 Aire Acondicionado
Se recomienda el uso del aire acondicionado por dos razones importantes, la
primera para aumentar la vida útil del tubo de rayos-x y la segunda para mantener una
temperatura estable, para un buen funcionamiento del detector.
Lo que se recomienda es usar un aire acondicionado de capacidad de
aproximadamente 50,000 BTU, cual tiene un costo de USO$ 8,000.00.
6.3.4 Pozo tierra
Es muy importante el pozo de tierra en estos equipos ya que se generan muy
altas tensión durante la emisión de rayos-x, el pozo deberá estar por debajo de 2 n en su
valor de impedancia. El costo aproximado dependiendo de la calidad de conducción de la
tierra es de USO 2,500.00
6.3.5 Potencia eléctrica requerida
Es muy importante preveer la potencia de energía eléctrica, en el caso de que el
centro de salud no cuente con la capacidad requerida, se tendría que pedir una
ampliación de energía de por lo menos 80 KVA trifásico 220 voltios, el costo en algunos
casos puede llegar a USO 25,000.00.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Desarrollado el presente informe, se obtienen conclusiones y recomendaciones
para una óptima instalación de un equipo de rayos-x digital y un tomógrafo.
Conclusiones
Se puede extraer de este informe las siguientes conclusiones:
1. El blindaje de protección radiológica que normalmente se realiza con planchas de
plomo de 1.5 mm. de espesor, es una parte de suma importancia dentro de la
instalación de un equipo de rayos-x y un tomógrafo.
2. Las puertas de ingreso deberán estar blindadas con planchas de plomo y también
los marcos.
3. La homogenización de radiación para diferentes factores de exposición deben ser
controladas y chequeadas con instrumentos de medición de rayos-x.
4. El lugar donde se instalara un equipo de rayos-x o un tomógrafo, deberá tener las
señalizaciones de peligro de radiación, sobre todo para el público.
1. En los equipos de ultima generación se usa inversores de alta frecuencia
conectados a transformadores de núcleo de ferrita en la etapa de alto voltaje, y
esto hace que los equipos de rayos-x y tomografía sean mas compactos y de
mayor potencia; a continuación se precisa las principales diferencias entre un
transformador convencional y transformador con núcleo de ferrita.
2. La primera diferencia, es que un transformador que tiene núcleo de ferrita,
funciona como un inductor puro, mientras que el transformador común se diseña
para trasferir energía del primario al secundario.
3. En segundo lugar, un transformador de núcleo de ferrita es mucho más compacto
en tamaño físico con respecto aun transformador común, por lo que se puede
diseñar equipos de mayor potencia y de tamaño mucho más pequeños.
4. En tercer lugar, la inductancia de un transformador de ferrita es mas alta que un
transformador convencional.
5. Cuarto, los voltajes aplicados a un transformador de ferrita en el primario siempre
son rectangulares (pulsos), mientras los transformadores convencionales usan
señales sinusoidales.
72
6. Quinto, las corrientes que fluyen a través de cualquier lado del transformador de
núcleo de ferrita, crecen o disminuyen en forma de diente de sierra lineal,
mientras que el los transformadores convencionales fluyen corrientes
sinusoidales.
7. Finalmente, debido a las propiedades el núcleo de ferrita estos transformadores
operan en el rango de 10,000 a 30,000 Hz, con ayuda de los inversores que se
conectan en su primario, mientras que los transformadores comunes operan entre
40 a 90 Hz.
Recomendaciones
Del presenta informe se puede dar algunas recomendaciones:
1. Se debe de tener extremo cuidado en saber manejar las especificaciones de los
fabricantes de los equipos de rayos-x y tomografía. Los fabricantes especifican los
requerimientos mandatarios para un apropiado funcionamiento del equipo. Estos
requerimientos incluyen detalles de cómo se debe de instalar y anclar los
dispositivos mecánicos y condiciones necesarias para que opere en todos sus
movimientos. El cumplimiento de los requerimientos mandatarios son de estricta
responsabilidad de los usuarios del equipo o dueños del proyecto
2. Los fabricantes de los equipos no se hacen responsables del correcto anclaje e
instalación de las partes mecánicas, tampoco del blindaje para evitar de fuga de
radiación. El desempeño de estos equipos solo se garantiza si los requerimientos
mandatarios se han cumplido al 100%. Por esta razón se debe se tener mucho
cuidado en elegir adecuadamente el lugar donde se instalará el equipo.
3. El blindaje de las paredes, puertas y ventanas sobre fuga de radiación serán
evaluados por el ente regulador que en el caso del Perú es el IPEN, el cual dará
una certificación del ambiente y de las dosis de radiación del equipo. Para un
transporte conveniente y seguro de los pacientes y para acciones de instalación y
mantenimiento, se recomienda una puerta en la sala de examen de por lo menos
1150mm. de ancho x 2100mm. de alto.
4. El tamaño de la ventana entre la sala de examen y la sala de control, deberá tener
un vidrio especial que tiene un equivalente de atenuación similar al plomo usado
en las paredes, el tamaño de este debe de ser de 1200mm ancho x 1000mm alto
y será instalado a una altura no más de 1000mm sobre el piso.
5. También se recomienda la evaluación de la dureza del piso para que soporte el
peso de estos equipos.
ANEXO A
PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE UN TOMOGRAFO
-
O Gantry
8 Patient couch
3,000 (118) Unit: mm (in)
C) Patient observation system ( option)
8 Navistation
Room layout example
ANEXO B
PLANO DE INTERCONEXION DE UN TOMOGRAFO
caja energia �electrica
transformador
camilla
gantry
�parlante.
consola de mando
Interconexión de cables de alimentación y cables de transferencia de datos
ANEXOC
PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE EQUIPO DE RA VOS-X DIGITAL
14'-21/2"(4331mm]
E
� cf] cf]
E (Il
9 (Il
il /
9'-5 5/16" [287Bmml .-
u,
� 9 (O
1E
� ,...
1 11 l l �
....
El..EC1l'llCAL LEGENO
�
�
�
1 1/2' [38.1mm] MIN. Cil\lDUT · VIIO'lKSTATlCJN ro THE GENERATOR. f!ERMINATED AT NC:11MAL AECEPTAClE HBGHT]- 6' (152.4mml wnN CONDUfT RACIUS · MAXIMUM 40 FEET (12.2ml CABLE AUN
, • (25mm) MIN. OJNDUIT • XPl.!JRER 1600 ro THE WORKST A TOIJ [TERMINA TED AT NORMAL R'ECEPTACt.E HBGHTJ- 6" 1152.4mm] MIN O)IJDlftT RADIUS-MAlOMUM 40 FEET (12.2m] CABLE RUN
4BOV AC • 3 PHASE • 60 AMF FONER REFER TO THE GENEAATOR SPEOACATO\S FOA CONDUCTffi SIZE.
240V AC 20 AMP OEOCATEO FO.MR
� j 120\/ AC 15 AMP ORQJIT [WAll WTI.ETl
(> f OIAECT CIAL ANAl.03 PHONE OUTLET
� j RJ45 NElWORK CONr-.ECTION W/CAT 5 CABLE
ffiUIPMENT I.EGENO
XPLORER 1600
STAND P0\11/ER BOX
GENERAroR
DETECTOR HEAO PONER BOX
MOBILE T /\BLE
ACQUISITICN WDRKSTATION
4'-B 3/16' l1452rnmJ
O-. u.soi:u.c.oc.w t:>/iA.,,a; N ·Hti CA.\'M'<G ti; 1'°'" iC:.S � O'
Ul,.1Q!i:i'C'm4,"7'IiCDAP AA"I' �,: 1, PAt1T � Wl'C..l lhffiOft
TH! \\,:.nm.l :".'!�Cf: .. �.l;OV\li�c.r.RP G o:ote'ml
�ing dynamics e o m e a n v I t d.11J:1,l!llll!a1IIIW,TI(. CJUilill'F, "8J4 OIMM l!l:lllll'IIIE<m[lll«ll)el-1711
CllGlt R!DI LAYWT lfl11i XPUR{R l600
3/8" = 1 '-0" 1 01 -�!U
ANEXO O
GLOSARIO DE TERMINO$
80
Algoritmo.- Matemática de calculo aplicado al raw data (dato crudo) durante el
proceso de reconstrucción de un tomógrafo.
Aluminio.- Metal seleccionado para filtrar los rayos-x de baja energía.
Amorfo Selenio.- Elemento utilizado en los detectores digitales que conduce
pequeñas corrientes al ser irradiado por rayos-x.
Arreglo de detectores.- Conjunto de detectores en forma de abanico que están
opuestos al tubo de rayos-x en un tomógrafo, los cuales giran alrededor del paciente.
Artefactos.- Perturbaciones de la imagen de múltiples orígenes que se traducen en la
aparición de falsas imágenes.
Axial .- Imagen transversal a un objeto.
Blindaje .- Es el método físico por la cual se evita que la radiación salga de un recinto
determinado.
Campo de vision o FOV (Field of View).- Superficie que cubre la imagen. Los campos
de visión amplios, empleados en el estudio de cuerpo entero.
Cátodo .- El lado negativo de un tubo de ratos-x
Colimador .- Sistema mecánico que limitaba al haz de radiación y puede ser
controlado con diferentes aperturas; colimar es una definición de limitar la apertura del
haz de rayos-x
Cristal de Centelleo .- Elemento que se ilumina cuando es expuesto a los rayos-x
DAS .- Sistema de adquisición de datos en tomografía, es la etapa que digitaliza los
datos que provienen del detector.
Detector de rayos-x .- Elemento que transforma los rayos x en señal digital que luego
es procesada para ser visualizada en una computadora.
Dosimetría.- Control de radiación acumulada en un ser humano.
Equivalente en aluminio.- Elemento que atenúa en forma similar como el aluminio.
Filamentos .- Son los emisores de electrones dentro de un tubo de rayos-x
Fluoroscopia .- Método radiológico para observar en tiempo real los órganos internos
de un ser humano.
Fotodiodo .- Elemento semiconductor que conduce cuando es expuesto a la luz.
Foto multiplicador .- elemento que convierte la luz en señal eléctrica
Fotones blandos .- Son los fotones de rayos-x de poca energía que son dañinos para
el ser humano
Fuente de alta tensión - Es el sistema que eleva el voltaje desde 220 voltios a
120,000 voltios
81
Gantry .- Elemento principal de un tomógrafo donde se ubica el tubo de rayos-x y el
detector los cuales giran alrededor del paciente; es por donde ingresa el paciente
para ser examinado.
Gas Xenón .- Gas usado en el interior de los detectores que se polariza cuando es
irradiado por rayos-x
Generador de alta frecuencia .- Sistema que eleva la tensión desde valores de 220
hasta 120 ,000 voltios para alimentar al tubo de rayos-x , utilizando inversores de tal
manera que utiliza frecuencias altas que pueden llegar hasta 25,0000 Herz
lntensificador .- Elemento electrónico que convierte rayos-x en imagen
Ionizante .- Efecto de alterar un átomo en equilibrio
KV .- Es el símbolo cuando se refieren a kilo voltaje es decir 1 Kv equivale a 1000
voltios.
mA .- Es el símbolo de un miliamperio.
mAs .- Es el símbolo que determina el producto de la corriente por el tiempo de
emisión
Pantalla.- Elemento que al contacto con rayos-x se ilumina.
Película.- Se refiere a la película radiográfica donde se imprime la imagen
radiográfica, que deberá ser revelada con químicos.
Plomo.- Es el metal mayor usado para el blindaje en rayos-x
Proceso de captura.- Es el proceso que un sistema realiza un sistema para obtener
una imagen radiográfica.
Radiología digital .- Plasmar en un computador una imagen radiográfica.
Rayos-x .- Fotones de energía con comportamiento electromagnético.
Slip Ring .- sistema de anillos deslizantes capaz de transferir por rozamiento energía
o información
TFT .- Transistores de película fina - Thin Film Transistor
Tomografía .- Imagen bidimensional de la sección transversal de un objeto (tomo:
corte grafía : dibujo)
Tomógrafo.- Sistema que emite rayos-x alrededor del paciente y genera imágenes
axiales.
Tungsteno .- Material usado para la fabricación de el ánodo de un tubo de rayos-x
View .- Palabra inglesa que se usa para definir una toma o adquisición de
información cuando en un tomógrafo esta girando y el tubo de rayos-x irradia
alrededor del paciente y el detector esta adquiriendo vistas.
BIBLIOGRAFIA
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2. lmaging Dynamics Company "Manuales de especificaciones Técnicas" de equipos de
rayos-x digital , 2009
3. Toshiba Medica! Systems , Manuales Técnicos de un tomógrafo, 2004
4. Toshiba Medica! Systems; Manuales de Técnicos de un equipo de rayos-x, 2002
5. Stewart C. Bushong - Computed Tomography , 2006
6. Kodak Company "Elementos de radiografía", 2000
7. Martín Martell Salazar "Instituto Peruano de Energía Nuclear'' Equipos de rayos-x
utilizados en Medicina, 1996
8. Ricardo G. Delabat, "Tecnología Radiológica", editorial Paraninfo- España 1996
9. Bill Rostenberg, "The Architecture of Medica! lmaging", John Wiley & Sons - USA
2006
10. Euclid Seeram "Computed Tomography" , 2005
11. Protección radiológica en radio diagnostico medico IPEN 2009
12. Francisco Javier Cabrero Fraile, "Imagen Radiológica: Principios físicos e
instrumentación", 2004
13. J.W. de Jong, "GYROSCAN can be profitable!, a viability study for Latín America",
Philips Medica! Systems - Holland, 2001
14. Philips Medica! Systems, "Principios de la formación de imágenes", Holland, 2005
15. Pilar Gallar, "La captura de lo invisible", Asociación Española de técnicos en
radiología, España - 2003
16. De Pablo C.,"Manual de Resonancia Magnética y TAC", 1era edición, 2005
17. Javier Lafuente, "Atlas de Tecnología de la Resonancia Magnética, Una explicación
intuitiva", Ed MallinckRodt, 2003
18. Myer Kutz, "Standard Handbook of Biomedical Engineering & Design", McGraw-Hills,
2003
