Filtro de rayos X

Un filtro de rayos X (o filtro compensador) es un dispositivo que se coloca delante de una fuente de rayos X para reducir la intensidad de determinadas longitudes de onda de su espectro y alterar selectivamente la distribución de las longitudes de onda de los rayos X dentro de un haz determinado antes de llegar al receptor de imágenes. ^[1] La adición de un dispositivo de filtración a ciertos exámenes de rayos X atenúa el haz de rayos X eliminando los fotones de rayos X de menor energía para producir una imagen más clara con mayor detalle anatómico para visualizar mejor las diferencias en las densidades de los tejidos. Si bien un filtro compensador proporciona una mejor imagen radiográfica al eliminar los fotones de menor energía, también reduce la dosis de radiación al paciente. ^[1]

Cuando los rayos X inciden sobre la materia, parte del haz incidente se transmite a través del material y parte es absorbido por éste. La cantidad absorbida depende del coeficiente de absorción de masa del material y tiende a disminuir para los fotones incidentes de mayor energía. La verdadera absorción se produce cuando los rayos X de suficiente energía provocan transiciones de niveles de energía de los electrones en los átomos del material absorbente. La energía de estos rayos X se utiliza para excitar los átomos y no continúa más allá del material (por lo que se "filtra"). Debido a esto, a pesar de la tendencia general de disminución de la absorción en longitudes de onda de mayor energía, existen picos periódicos en las características de absorción de cualquier material dado que corresponden a cada una de las transiciones de niveles de energía atómica. Estos picos se denominan bordes de absorción. El resultado es que cada material filtra preferentemente los rayos X que corresponden a sus niveles de energía de electrones o ligeramente superiores, mientras que generalmente permite que los rayos X con energías ligeramente inferiores a estos niveles se transmitan relativamente intactos.

Por lo tanto, es posible ajustar de forma selectiva qué longitudes de onda de rayos X están presentes en un haz haciendo coincidir materiales con características de absorción particulares con diferentes espectros de fuentes de rayos X.

Por ejemplo, una fuente de rayos X de cobre puede producir preferentemente un haz de rayos X con longitudes de onda de 154 y 139 picómetros. El níquel tiene un borde de absorción en 149 pm, entre las dos líneas de cobre. Por lo tanto, el uso de níquel como filtro para el cobre daría como resultado la absorción de los rayos X de energía ligeramente superior de 139 pm, mientras que dejaría pasar los rayos de 154 pm sin una disminución significativa de la intensidad. Por lo tanto, una fuente de rayos X de cobre con un filtro de níquel puede producir un haz de rayos X casi monocromático con fotones de 154 pm en su mayoría.

Para fines médicos, los filtros de rayos X se utilizan para atenuar o bloquear selectivamente los rayos de baja energía durante la obtención de imágenes por rayos X ( radiografía ). Los rayos X de baja energía (menos de 30 keV) contribuyen poco a la imagen resultante, ya que son absorbidos en gran medida por los tejidos blandos del paciente (en particular, la piel). Además, esta absorción aumenta el riesgo de efectos de radiación estocásticos (por ejemplo, cáncer) o no estocásticos (por ejemplo, reacciones tisulares) en el paciente. Por lo tanto, es favorable eliminar estos rayos X de baja energía del haz de luz incidente. La filtración de rayos X puede ser inherente debido al tubo de rayos X y al material de la carcasa en sí o agregarse a partir de láminas adicionales de material de filtro. La filtración mínima utilizada suele ser de 2,5 mm de aluminio (Al) equivalente, aunque existe una tendencia creciente a utilizar una filtración mayor. Los fabricantes de equipos de fluoroscopia modernos utilizan un sistema de adición de un espesor variable de filtración de cobre (Cu) según el espesor del paciente. Esto normalmente varía de 0,1 a 0,9 mm de Cu.

La necesidad de atenuar selectivamente los rayos X en la radiografía se debe a las diferencias de densidad en las regiones anatómicas del cuerpo. ^[1] Las regiones o tejidos menos densos (pulmones, senos nasales) aparecen más oscuros o negros en las radiografías, mientras que los tejidos más densos (huesos, calcificación) se presentan en blanco o en tonos de gris. Por ejemplo, la columna torácica , cuando se toma una imagen para una proyección anteroposterior (AP o de adelante hacia atrás), se encuentra entre ambos campos pulmonares. Los pulmones tienen un valor de atenuación muy bajo porque están llenos de aire y se muestran como áreas oscuras en las radiografías, mientras que la columna torácica es ósea con mayor atenuación y se muestra en blanco o gris. Las grandes diferencias de densidad dificultan la adquisición de una radiografía detallada y de alta calidad a menos que se aplique un filtro compensador. ^[1]

Los filtros de rayos X se montan comúnmente en el colimador (colimador montado) de una máquina de rayos X, por donde el haz de fotones sale del tubo de rayos X. Sin embargo, existen filtros compensadores no acoplables llamados filtros de contacto que se colocan sobre el paciente o detrás de él. Los filtros de contacto colocados entre el paciente y el receptor de imagen, donde se registran los fotones que pasan a través del paciente para formar una imagen, no limitan la dosis de radiación al paciente. ^[1]

Los filtros de rayos X también se utilizan para la difracción de rayos X , en las determinaciones de los espacios interatómicos de los sólidos cristalinos. Estos espaciamientos reticulares se pueden determinar utilizando la difracción de Bragg , pero esta técnica requiere que los escaneos se realicen con haces de rayos X aproximadamente monocromáticos. Por lo tanto, las configuraciones de filtros como el sistema de níquel-cobre descrito anteriormente se utilizan para permitir que solo una única longitud de onda de rayos X penetre a través de un cristal objetivo, lo que permite que la dispersión resultante determine la distancia de difracción.

• El filtro más común utilizado en imágenes de rayos X
• Colimador montado en la fuente de rayos X
• Se utiliza mejor en áreas del eje largo donde la densidad del tejido difiere ampliamente.
  • Proyección AP de la columna torácica
  • Proyección lateral de los huesos nasales
  • Pie AP
  • AP Cadera para pacientes demacrados

• Forma de canal o doble cuña
• Ideal para partes del cuerpo donde la densidad sería mayor en el centro de la imagen y los tejidos son menos densos en los bordes.
  • Proyecciones de tórax posteroanterior (PA)
• Colimador montado

• Colimador montado
• Cervicotorácica lateral (vista del nadador)
• Proyección axiolateral de cadera (Danelius-Miller)

• Filtro de contacto (colocado entre la anatomía que se va a fotografiar y el receptor de imágenes)
  • La dosis de radiación que recibe el paciente no se reduce, ya que se coloca en un punto donde los fotones de rayos X inciden en el paciente antes de llegar al filtro.
• Diseñado para el hombro, pero también puede ser beneficioso para los huesos faciales laterales.

• Se utiliza para obtener imágenes de la columna vertebral completa.
• La proyección PA utiliza un filtro de cuña sobre las columnas cervical y torácica para eliminar el exceso de fotones como resultado de una dosis más alta requerida para la columna lumbar.
• La proyección lateral implica el uso de un filtro de doble cuña desde la región torácica media hasta la columna cervical.

Adecuado para cristalografía de rayos X :

• Circonio : absorbe Bremsstrahlung y K-Beta .
• Hierro - Absorbe todo el espectro.
• Molibdeno - Absorbe Bremsstrahlung - Dejando K-Beta y K-Alfa .
• Aluminio : 'pellizca' Bremsstrahlung* y elimina picos de tercera generación.
• Plata : Igual que el aluminio, pero en mayor medida.
• Indio : Igual que el hierro, pero en menor medida.
• Cobre : ​​Igual que el aluminio, dejando solo picos de primera generación.

Adecuado para radiografía :

• Molibdeno : se utiliza en mamografías
• Rodio : se utiliza en mamografías con ánodos de rodio.
• Aluminio : Se utiliza en tubos de rayos X para radiografía general.
• Cobre : ​​Se utiliza en radiografía general, especialmente en aplicaciones pediátricas .
• Plata : Se utiliza en mamografías con ánodo de tungsteno.
• Tantalio : se utiliza en aplicaciones de fluoroscopia con ánodos de tungsteno.
• Niobio - Se utiliza en radiografía y radiografía dental con ánodos de tungsteno.
• Erbio : se utiliza en radiografía con ánodos de tungsteno.

Los filtros compensadores que se utilizan en radiografía general se fabrican ampliamente con aluminio debido a su naturaleza liviana y su capacidad para atenuar eficazmente el haz de rayos X. ^[1] Los plásticos con altas densidades son un material de filtro compensador común, y ahora se ofrece plástico con plomo transparente (Pb transparente). ^[1] Si bien los filtros compensadores de aluminio atenúan los fotones de rayos X, también atenúan el haz de luz emitido a través del colimador que permite al tecnólogo de rayos X ver exactamente dónde incidirá el haz de rayos X en el paciente. El Pb transparente atenúa el haz de rayos X pero aún permite que la luz del colimador brille a través del plástico transparente, lo que permite al tecnólogo visualizar mejor el área deseada y aún reduce la dosis de radiación del paciente. ^[1]

Notas:

• - El pinzamiento de la radiación de frenado se debe a la masa atómica. Cuanto más denso sea el átomo, mayor será la absorción de rayos X. Solo los rayos X de mayor energía pasan a través del filtro, por lo que parece como si el continuo de la radiación de frenado se hubiera pinzado.
• - En este caso, el Mo parece dejar a K-Alpha y K-Beta en paz mientras absorbe la radiación de frenado. Esto se debe a que el Mo absorbe toda la energía del espectro, pero al hacerlo produce los mismos picos característicos que genera el objetivo.

• BD Cullity y SR Stock, Elementos de difracción de rayos X , 3.ª edición, Prentice-Hall Inc., 2001, págs. 167-171, ISBN 0-201-61091-4 . 
• Diagnóstico por imágenes con CFL

• Cristalografía de rayos X
• Rayos X
• Difracción de Bragg