Base físicas de la radiología

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE SANTIAGO 
(UTESA) 
 
ASIGNATURA: 
Práctica de Imagenología 
 
 
TEMA: 
Bases Físicas de la Radiología 
 
NOMBRE: 
Sania Prophete 
 
 
MATRICULA: 
1-16-1236 
 
 
DOCENTE: 
Dr. Winston López 
 
 
Santiago RD. 
12-06-2021
http://2.bp.blogspot.com/-16_Kphps0TE/U-4IzS4sGEI/AAAAAAAAAJM/V56ne1srBk0/s1600/Logo+Utesa.png
Introducción 
Wilhem Röntgen descubrió los rayos X en 1895 (por lo que fue galardonado 
con el Premio Nobel en 1901) y con ello abrió una amplia ventana de 
posibilidades al mundo. El 16 de enero de 1896, el New York Times publicó 
una radiografía de la mano de la señora Röntgen. Poco tiempo después todo el 
mundo estaba maravillado de las fotografías que mostraban la estructura ósea 
humana. 
Ya en febrero de 1896 se utilizaron rayos X en medicina para observar los 
huesos rotos: la primera observación de este tipo, una fractura en el brazo de 
un paciente, se llevó a cabo por dos médicos en el Dartmouth College en los 
EE.UU. Muy pronto, se encontraron otras aplicaciones, incluyendo el escáner 
de equipajes por los funcionarios de aduanas. 
Los rayos X atrajeron la atención de muchos médicos que luego los emplearon 
para diagnosticar fracturas y cuerpos extraños dentro de los tejidos. Al final del 
siglo XIX, la medicina presta especial atención a la patología de los órganos 
individuales. Las continuas mejoras de la técnica permitieron a los médicos 
tomar fotografías de rayos X de todos los órganos internos a través de "medios 
de contraste" -sustancias opacas que se veían en las radiografías. Los rayos X 
también se utilizaron para terapia, por ejemplo en el tratamiento de 
enfermedades de la piel. Sin embargo, pronto se supo de que se requería 
radiación de mayor energía para esos fines. 
Los rayos X cobraron realmente prestigio durante la Primera Guerra Mundial. 
Marie Curie, junto con su hija Irene, estableció una red de centros médicos 
radiológicos para ayudar a mejorar el diagnóstico de fracturas y enfermedades 
pulmonares entre los soldados. Además, había muchos vehículos 
especializados con aparatos de rayos X (llamadas "Les Petites Curie") 
cubriendo los campos de batalla. Marie Curie escribió un libro sobre esto: 
"Radiología en la guerra" (1921). 
 
 
 
Bases físicas de la radiología 
Los rayos X son una forma de radiación electromagnética, similares a la luz 
visible. Sin embargo, a diferencia de la luz, los rayos X tienen una mayor 
energía y pueden pasar a través de la mayoría de los objetos, incluyendo el 
cuerpo. Los rayos X médicos se utilizan para generar imágenes de los tejidos y 
las estructuras dentro del cuerpo. Si los rayos X que viajan a través del cuerpo 
también pasan a través de un detector de rayos X al otro lado del paciente, se 
formará una imagen que representa las “sombras” formadas por los objetos 
dentro del cuerpo. 
Un tipo de detector de rayos X es la película fotográfica, aunque existen 
muchos otros tipos de detectores que se utilizan para producir imágenes 
digitales. Las imágenes de rayos X que resultan de este proceso se llaman 
radiografías. 
 
¿Cómo funcionan los rayos X médicos? 
 
Para crear una radiografía, se coloca a un paciente 
de tal manera que la parte del cuerpo que se va a 
examinar se encuentre entre una fuente y un 
detector de rayos X. Cuando se enciende la 
máquina, los rayos X viajan a través del cuerpo y 
son absorbidos en diferentes cantidades por 
diferentes tejidos, dependiendo de la densidad 
radiológica de los tejidos por los que pasan. La 
densidad radiológica se determina tanto por la 
densidad como por el número atómico de los 
materiales usados para las imágenes. Por ejemplo, 
las estructuras como los huesos contienen calcio, 
el cual tiene un número atómico mayor que la 
mayoría de los tejidos. Debido a esta propiedad, 
los huesos absorben rápidamente los rayos X y, por lo tanto, producen un gran 
contraste en el detector de rayos X. Como resultado, las estructuras óseas 
aparecen más blancas que otros tejidos contra el fondo negro de una 
radiografía. Por el contrario, los rayos X viajan más fácilmente a través de los 
tejidos menos densos radiológicamente, tales como la grasa y el músculo, así 
como a través de cavidades llenas de aire como los pulmones. Estas 
estructuras se muestran en tonos grises en una radiografía. 
 
Producción de Rayos X 
Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética. Se producen 
artificialmente en un tubo de rayos catódicos, donde un cátodo caliente emite 
electrones que luego son acelerados por una diferencia de potencial hasta 
golpear un blanco de metal a altas velocidades, y producir algunos "rayos 
invisibles". 
 
Estos rayos provienen en parte de la fluorescencia excitada en los átomos del 
metal, y en parte del llamado efecto de la radiación Bremsstrahlung. Éste último 
efecto aparece como el resultado de los rápidos cambios de dirección de los 
electrones en las proximidades de los núcleos atómicos del metal. 
 
Otra forma en la que los rayos X se pueden producir es mediante la interacción 
del electrón inicial de alta energía con un electrón de una capa más interna del 
átomo, dejándola libre. Uno de los electrones de energía más alta decae en el 
hueco dejado por el primero emitiendo el exceso de energía en forma de rayos 
X. 
En un tubo de rayos X, los electrones se aceleran a energías de 30 a 150 keV y 
golpean un blanco de wolframio produciendo rayos X con energías de 1 eV a 
150 keV con un espectro continuo de intensidad máxima en el centro y dos 
picos a 59 y 67 keV (éstas son las transiciones electrónicas en los átomos de 
wolframio). Para aplicaciones médicas, se utilizan rayos X de energías bajas 
por razones de seguridad. Para visualizar tejidos blandos, la energía típica de 
rayos X es de unos 20 keV (por ejemplo, mamografías) mientras que las 
energías más altas (alrededor de 150 keV) se utilizan para tejidos duros, por 
ejemplo hueso. 
Tubos de rayos X 
Se conoce como “tubo de rayos X” al lugar físico donde se genera esta 
radiación electromagnética, mediante un proceso en el cual los electrones 
acelerados son frenados al colisionar contra un material blanco. 
Un tubo de rayos X convencional, como el que se muestra en la Figura 1a, 
está compuesto básicamente por un ánodo y un cátodo alojados en una 
cavidad donde se ha practicado vacío. Esta cavidad suele ser una ampolla de 
vidrio y el proceso de producción de rayos X se da al emerger electrónes del 
cátodo e impactar en el ánodo. 
 
Figura 1a: Tubo de rayos X clásico. 
Un tubo de rayos X puede ser dibujado esquemáticamente como se muestra en 
la Figura 1b, 
 
Figura 1b: Esquema de un tubo de rayos X clásico de Tungsteno. 
Como se puede observar, las partes principales de un tubo de rayos X 
incluyen: 
 Ánodo 
 Cátodo 
 Generador de diferencia de potencial 
 Generador de corriente 
 Ampolla con vacío 
El ánodo, también conocido como blanco o anticátodo, se encuentra 
generalmente formado por una pieza de cobre (Cu) con un blanco de tungsteno 
(W) o molibdeno (Mo). Veremos, más adelante, que los materiales de cada 
parte son elegidos en función de sus propiedades físicas. El blanco de W o Mo 
debe ser altamente refractario pues deberá conservar sus propiedades a altas 
temperaturas, mientras que debe estar adherido a un material como el Cu que 
funcione de disipador del calor al que es sometido. 
El cátodo, compuesto por un filamento metálico, es calentado por una corriente 
eléctrica, lo que imparte calor a sus átomos y genera una “nube” de electrones 
libres en su superficie. Para generar esta nube, es necesario que el filamento 
alcance temperaturas muy elevadas, por lo que, aprovechando su alta 
temperatura de fusión, el filamento suele también ser de W, y la cantidad de 
electrones en la nube dependerá de la corriente en el filamento. 
Al aplicarse una diferencia de potencial ∆V (o simplemente V) entre el ánodo y 
el cátodo dejando al ánodo como positivo (+), los electrones (de carga 
negativa) que han sido desprendidosdel cátodo por el calentamiento (y se 
encuentran libres) se dirigirán al ánodo acelerándose por el campo eléctrico. 
Así, alcanzarán su velocidad máxima al llegar al ánodo. La energía cinética 
(asociada a la velocidad) de los electrones alcanzará un máximo dependiente 
del voltaje aplicado. Al tratarse de electrones, se puede expresar esta energía 
en electronvoltios (eV) y la máxima energía alcanzada corresponderá 
numéricamente a la diferencia de potencial V. Así, para una diferencia de 
potencial de 100 kV, tendremos electrones con una energía máxima de 100 
keV. 
Al impactar (y frenar bruscamente) contra el blanco de W, y perder toda su 
energía cinética, los electrones producen rayos X, principalmente por dos 
procesos físicos: 
 Bremsstrahlung: por frenado por interacción coulombiana del electrón 
incidente y el campo nuclear de los átomos del ánodo, y 
 Rayos X característicos: el electrón incidente interactúa con un átomo 
blanco, eyecta un electrón de una de las capas y genera una vacancia que 
es ocupada por un electrón de energía superior; el que libera un fotón con 
energía cinética correspondiente a la diferencia de energía entre las capas. 
Por la forma en la que son generados, los fotones característicos 
corresponderán a determinadas energías asociadas al material del ánodo, 
determinando un espectro discreto. Por otro lado, los fotones provenientes de 
la radiación de frenado conformarán un contínuo de energía entre 0 y la 
energía máxima de los electrones, ya que estos últimos se deben a la 
desaceleración (proceso contínuo) de los electrones. 
A los fines prácticos de este curso, nos interesará particularmente la radiación 
de frenado, ya que los rayos X característicos serán eliminados por utilización 
de filtros en la mayoría de los procedimientos, sobre todo en radiodiagnóstico. 
El kvp controla las escalas de contraste de las radiografías, a medida que 
aumenta hay menos adsorción diferencial y más ruido en la imagen por tanto 
un kvp alto resulta en una reducción del contraste de la imagen. 
El kvp: es la técnica que establece la penetración del rayo, o sea, cuanta 
radiación se necesita para hacer la radiografía. 
El mA: son los amperes que se utilizaran para hacer la radiografía. 
El mAs: son los Amperes que se utilizaran para hacer la radiografia por 
segundo. 
Ambos son tiempos de exposición, el técnico trata de utilizar menos tiempo MA 
para evitar mucha radiación en el paciente, al disminuir el kv se aumenta el mA 
para una buena definición de la imagen pero emite mayor cantidad de 
radiación. Cuando los mAs disminuyen o aumentan, el número de electrones 
útiles para producir el haz de rayos X disminuye o aumenta en el mismo 
sentido, y en consecuencia de la intensidad del haz. 
 
 
Conclusión 
Los rayos X son una forma of radiación electromagnética, similares a la luz 
visible. Pueden pasar a través de la mayoría of los objetos, incluyendo el 
cuerpo. Rayos X médicos se utilizan para generar imágenes de los tejidos y las 
estructuras dentro del cuerpos. Un tipo of detector de rayo X es la película 
fotográfica, aunque existen muchos otros tipos of detectores. La densidad 
radiológica ofrece el número atómico de los materiales usados por las 
imágenes. 
Por ejemplo, los huesos contienen calcio, el cual tiene una dendidad mayor que 
la mayoria of los tejidos de los rayos X. Las cualidades de estas estructuras 
hacen que se determine tanto por la densidad y se muestran en tonos grises en 
una radiografía. 
 
Bibliografía 
 Material suministrado por el Docente