T16. La gammacámara

Para la realización de este ejercicio, nos dividimos las preguntas. El resto de preguntas se encuentran en los blogs de Esteban, Andoni, y Miguel.

Ejercicios:

1.- El colimador. ¿De qué material es? ¿Por qué? ¿Hay alguna relación entre el grosor de los septos y la energía de la radiación? ¿Por qué?¿Con qué se correlaciona el tamaño de los huecos entre septos (área y profundidad)? ¿Por qué es importante, qué ocurriría si no estuviese? etc.

El paciente, al que se le ha inyectado un radiofármaco, emite radiación gamma difusa, como se puede ver en la siguiente imagen. Para poder filtrar los rayos que no se proyecten perpendicularmente, se utiliza un colimador. Si no estuviese, la imagen resultante sería producto de lo detectado con la radiación difusa, por lo que se vería una imagen emborronada.

El material del que está hecho el colimador es el plomo para poder filtrar la radiación gamma que no se proyecte perpendicularmente.

Los septos son las separaciones entre los huecos del colimador. Cuanto mayor es la energía de los fotones que emite el paciente, mayor tiene que ser el espesor de los septos.

Al aumentar el tamaño de los septos, la resolución empeora y la sensibilidad mejora ya que, al ser más grandes los agujeros, más rayos gamma pueden atravesar el colimador.

Por otra parte, al disminuir la profundidad de los septos, la resolución empeora y la sensibilidad mejora.

2.- El centelleador. ¿De qué materiales puede ser? ¿Hay alguno típico (ventajas/inconvenientes)? ¿Hay alguna relación entre el grosor del centelleador y la resolución de la imagen? ¿Y con la sensibilidad? etc.

La energía depositada por el rayo gamma es convertida, dentro del centelleador, en fotones en el rango visible/uv próximo.

Para crear un detector centelleador sólido se debe adquirir un compromiso entre dos criterios enfrentados:

1. El material debe ser capaz de soportar un campo eléctrico grande, de manera que los electrones y los iones puedan ser recogidos para formar un pulso electrónico. Además en ausencia de radiación el flujo de corriente debe ser mínimo o nulo para que el ruido de fondo sea bajo.
2. Los electrones deben ser fácilmente extraídos de los átomos y en gran número por la radiación, y los electrones e iones deben ser capaces de viajar fácilmente en el material.

La primera condición parece exigir un material aislante, mientras que la segunda sugiere usar un conductor. El compromiso obvio es un semiconductor.

El material típico es el cristal de NaI(Tl). Este material es el más común debido a su gran eficiencia de detección y linealidad para un amplio rango de energías de fotones incidentes.

Las ventajas de este material son:

• Alta eficiencia generación luz (12%)
• Energía excitación y desexcitación: 410 nm=3eV

Las desventajas del NaI(Tl) son:

• Frágil
• Sensible a la temperatura
• Higroscópico

Cuanto mayor sea el espesor del cristal, más sensible será el detector (más fotones detectará) pero al mismo tiempo, habrá una mayor dispersión de los mismos en su trayecto hacia el detector. Esto hace que estimar la verdadera posición donde ha ocurrido la aniquilación sea más complicado, por lo que a resolución disminuye al aumentar el espesor del cristal.

T15. Producción de radiofármacos. Presentación.

Funcionamiento del ciclotrón:

T14. Ejercicio bibliográfico de detalles del RMN

Una vez vistos los fundamentos de la imagen por resonancia magnética nuclear, podemos entrar en algunos detalles importantes:

A.- ¿Calidades de imagen que se obtienen? ¿Resoluciones espacial y temporal? ¿Principales utilidades clínicas del RMN? Utilización de contrastes ...

Esta tarea se ha realizado en grupo y se encuentra publicada en esta entrada.

T11 y T12. Resonancia magnética nuclear. Simulador

Para entrar en materia, primero se resumen las ideas principales de la resonancia magnética nuclear.

Magnetización de un voxel: el hecho de que, al aplicar un campo magnético a un pedazo de materia, los protones (núcleos de hidrógeno) en él contenidos se colocan de tal manera que aparece un momento magnético del elemento de volumen.

Excitación, primera cosa que hacer con la magnetización. Consiste en apartarla de su estado de equilibrio. Para ello se aplica un campo magnético variable, que resuene con la magnetización.

Para entender mejor este fenómeno, se va a trabajar con un simulador que se encuentra en este enlace.

Ejercicios:

T11.- Buscar (a ojo) las frecuencias de resonancia (Freq.) para distintos valores del campo externo (B0). ¿Influye la intensidad del campo B1?

Para encontrar las frecuencias de resonancia, se ha dejado fijo un valor de B0 y se ha buscado la frecuencia de B1 a la que mayor oscilación tenga el simulador.

La intensidad del campo B1 no influye en la frecuencia de resonancia, por lo que se ha mantenido constante a 1 mT durante todo el ejercicio. Por otra parte, la intensidad del campo B1 sí que influye en la amplitud de la oscilación.

A continuación se muestra una tabla con las frecuencias de resonancia encontradas para diferentes campos B0.

B1 (mT)	B0 (mT)	freq B1 (Hz)
1	0,5	0,25
	1,5	0,35
	2,5	0,45
	3,5	0,55
	4,5	0,60

¿Que relación hay entre Freq. y B0 (lineal, inversa, cuadrática, ...)?

Con los datos anteriormente hallados, se ha trazado una gráfica para ver la relación que existe. Como se puede ver, la relación entre la frecuencia de resonancia y el campo externo B0 es lineal.

¿Cuadra eso con lo que habíamos visto en "teoría" (transp 18 del pwp de aquí)? 

En dicha transparencia se cita la siguiente relación entre la frecuencia de resonancia y el campo externo:

Como se puede deducir de la ecuación, la relación es directamente proporcional entre la frecuencia de resonancia y el campo externo B0.

Si ahora se quita el campo B1 y se sustituye por la bobina (coil) ¿qué ocurre en ella?

En la siguiente imagen se puede ver lo que ocurre cuando se quita el campo B1 y se sustituye por una bobina y se mide la señal en sus bornes.

Al volver la magnetización a su orientación de reposo, describe una curva oscilante a la frecuencia de precesión impuesta por el campo magnético. La oscilación de la proyección sobre el eje Y es representada en un eje de tiempo sobre el eje X en A. Esta oscilación se sitúa en el plano de máxima inducción de la bobina receptora y en ella se inducirá una señal sinusoidal amortiguada llamada FID (Free Induction Decay).

T12.- ¿Qué magnitudes de la señal de radiofrecuencia aplicada determinarán el ángulo de desplazamiento de la magnetización?

El ángulo de desplazamiento α está determinado por la intensidad de del campo B1 y el tiempo de aplicación.

T9. Riesgos de la TC, estrategias de reducción de dosis

Ejercicio:

Tenéis que formaros una idea de las dosis de radiactividad que suponen estas pruebas y de la problemática que esto conlleva (estrategias de medición, calibración, minimización, documentación, etc) y escribir una entrada en el blog que la sintetice. Para ello os propongo dos fuentes de información (esta y esta), aunque como siempre se pueden consultar más (pero no menos).

Esta tarea se ha realizada en grupo y se encuentra en este enlace.

T8. Simulador de rayos X

Hoy vamos a hacer unos ejercicios jugando con simuladores de RX. Hay diversos simuladores, aquí se proponen dos. Está el simulador de Siemens que se encuentra en el siguiente enlace (simulador de Siemens), y también otro que hay que descargarse, pero que es muy fácil e interesante también (aquí).

Ejercicios:

1.- Elegid alguno de ellos y generad una situación adecuada para una técnica radiográfica concreta que escojáis (y particularicéis) a partir de la documentación del tema.

La técnica radiológica elegida para realizar el ejercicio es la mamografía.

De los simuladores propuestos, se ha elegido el de Siemens por ser más versátil que el otro simulador.

Los parámetros que se necesitan conocer inicialmente en el simulador de Siemens son:

• el materia del anodo, que puede ser molibdeno, rodio o tungsteno.
• la tensión del tubo, que se permite variar de 1 kV en 1 kV en un rango de entre 18 kV y 40 kV.
• el valor por defecto del kerma en aire del espectro inicial es de 1 mGy. El kerma en aire es la suma de la energía cinética de todas las partículas cargadas liberadas por unidad de masa (Fuente). El kerma en aire puede ser modificado después.

El material del ánodo elegido es el molibdeno, por se el más usado en las mamografías. El valor del kerma en aire se ha dejado el valor que viene por defecto (1 mGy).

La tensión del tubo debe de ser la más adecuada para proporcionar la visibilidad y el contraste de la imagen que se necesitan con la dosis absorbida en mama más baja posible. El valor de kV adecuado para proporcionar el equilibrio óptimo entre la información contenida en la imagen y la dosis absorbida depende del tamaño y la densidad de la mama una vez comprimida y generalmente variará entre 24 kV y 32 kV. Si se utiliza un valor de kV demasiado bajo para un determinado tamaño o densidad de la mama, la radiación no penetrará bien y la dosis será más alta de lo necesario. Por el contrario, si el valor de kV es demasiado alto, el contraste de la imagen se verá reducido. (Fuente).

Por tanto, la tensión del tubo elegida es de 28 kV, por ser un valor intermedio en el rango utilizado.

En la siguiente imagen se puede ver la configuración inicial elegida en el simulador:

El espectro obtenido con el simulador y sin aplicar filtros es el siguiente:

2.- ¿Se puede conseguir un haz estrecho en energías (bastante monocromático)? Probad a combinar filtros.

Para conseguir un haz estrecho en energías en las mamografías se aplican filtros que típicamente son de Molibdeno o de Rodio.

El filtro absorbe los rayos x de baja energía, que no contribuyen a la formación de la imagen, y los de alta energía, que degradarían el contraste de la imagen. El filtro tradicional es el Molibdeno, el cual filtra selectivamente un alto porcentaje de rayos x con energías mayores de 20 keV. El Rodio también se utiliza como filtro para absorber rayos x mayores de 23 keV. (Fuente).

Otro aspecto importante es el espesor del filtro. En la siguiente imagen se puede ver las combinaciones típicas del blanco y el filtro y su espesor.

(Fuente)

Primeramente, se ha aplicado un filtro de molibdeno de 30 μm de espesor. El espectro obtenido con el simulador es el siguiente:

Se puede observar como un gran número de fotones de baja energía han sido absorbidos por el filtro, así como los fotones de energías superiores a 20 kV.

Otro filtro que se ha probado es el de Rodio con un espesor de 30 μm. El espectro obtenido es el siguiente:

Se puede ver que los fotones de baja energía han sido absorbidos por el filtro, aunque no tanto como con el filtro de molibdeno. Por otra parte, los fotones de alta energía se reducen a partir de los 23 kV.

Para poder observar mejor las diferencias entre el espectro sin filtrar, con el filtro de molibdeno y con el de rodio, se han unido los tres espectros en la misma gráfica para poder compararlos.

Se puede observar como los filtros absorben los fotones de baja y alta energía. Además, hay un mayor número de fotones con las energías que interesan para la mamografía.

3.- ¿Habéis podido comparar simuladores? Quizá si distintos grupos usan distinto simulador, al final se pueda hacer una puesta en común.

El otro simulador que se ha probado es el de este enlace, que ya se ha propuesto al inicio del esta entrada del blog. Como se puede ver en la siguiente animación, el simulador tiene la ventaja sobre el de Siemens de que es muy fácil de manejar y permite ver los cambios de los parámetros en tiempo real. Otra ventaja es que permite cambiar la amplitud del rizado de la tensión del tubo. 

Por otra parte, a la hora de añadir un filtro es mas complicado que con el de Siemens. Además, el simulador de Siemens permite añadir varios filtros a la vez haciéndolo mas versátil.