1- Fundamentos Radiológicos

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ESCUELA DE TECNICOS EN SALUD-CATEDRA DE FUNDAMENTOS DE RADIOLOGÍA 
Fundamentos Radiológicos 
Para darles la bienvenida al Radiodiagnóstico, vamos a explorar los conceptos básicos de la ciencia y la tecnología de la imagen por rayos X. Esto incluye el estudio de la materia, la energía, el aspecto electromagnético y la radiación ionizante. La producción y el empleo de la radiación ionizante como instrumento diagnostico definen la base de la radiología.
Los técnicos radiólogos tratan específicamente con la imagen por rayos X.
Estos tienen una gran responsabilidad en la realización de exámenes radiológicos de acuerdo a normas de radioprotección establecidas para la seguridad de los pacientes y del personal médico.
Cuando un tubo de rayos X produce radiación todas las leyes de la física se hacen evidente. La física de la radiología trata de la producción y la interacción de los rayos X.
La radiología es una opción de profesional con grandes oportunidades en diversos campos.
Bienvenidos al campo de la imagen médica.
Fragmento del libro de Stewart Carly Bushong
HISTORIA DE LA RADIOLOGIA 
La radiología es una de las ramas o especialidades más jóvenes de la medicina, y se ha situado entre las más prominentes, porque resuelve uno de los más importantes proble89mas médicos: El Diagnóstico. 
En 1895, el físico alemán Dr. Wilhelm Conrad Roentgen que se desempeñaba como rector de la Universidad de Wurzburg, observó que cuando los rayos catódicos de un tubo de Hittorf-Crokes chocaban con la pared del tubo, se producía una fluorescencia en una cartulina impregnada de platino cianuro de bario, que casualmente estaba en la zona de trabajo. Supuso que se trataba de una nueva clase de radiación (a la que, por su desconocida naturaleza y misterioso comportamiento, denominó Radiación X). Experimentó sistemáticamente, comprobando que era capaz de atravesar objetos tales como cartón, madera, un libro, etc., pero era interpretada en diferente medida por otros, como el plomo, el bario o el yeso. Observó, también, que un cuerpo complejo, por ejemplo una mano, era transparente en sus zonas musculares, pero no en las óseas, distinguiéndose con nitidez los huesos. Esto obligó al científico a aislarse del mundo exterior en su laboratorio y grande fue su asombro cuando descubrió los huesos de la mano de su esposa en el papel fluorescente al interponerla a los Rayos X. Para lo cual, le solicitó a su esposa que pusiera su mano entre una placa, donde registraría el resultado bajo los rayos X. Esta es la primera radiografía de la historia 
Experimentó el efecto de la nueva radiación sobre las placas fotográficas y descubrió que las impresionaba lo mismo que la luz visible. En consecuencia, determinó que cuando deseaba un documento permanente en sus experimentos, era preferible recoger las imágenes fotográficamente. Estas experiencias, comunicadas en las sesiones de la Sociedad de Física y Medicina de Würzburg del 28 de diciembre de 1895, supusieron el nacimiento de esta nueva técnica, esencial, actualmente en la medicina y en la industria: La Radiología. Por su descubrimiento, le fue concedido a Roentgen, cinco años más tarde, el primer premio Nobel que se otorgó en física.
En la actualidad, se conoce perfectamente la naturaleza de los rayos X. Se trata de una radiación electromagnética similar a la luz visible, a las ondas empleadas en radio y televisión para la propagación de sus emisiones, a las ondas utilizadas en radar y a las empleadas en otras muchas aplicaciones. 
Se distinguen de ellas por tener una frecuencia de vibración mucho más elevada (longitud de onda más corta), que lleva inherente una mayor energía. 
La aplicación de las radiaciones ionizantes (por lo general, rayos X o gamma) para producir, a partir de un objeto, una imagen en un material sensible a la luz (por lo común, una película radiográfica) se denomina radiografía. 
El propósito de una radiografía es obtener tanta información diagnóstica como sea posible y que sea compatible con el requisito de someter al paciente a una exposición razonable. Esto obliga a buscar ciertos términos medios. Por ejemplo, para aprovechar más eficazmente la energía de los rayos X se utilizan por lo general pantallas intensificadoras fluorescentes; éstas convierten la energía de los rayos X en luz, y ofrecen la ventaja de reducir el tiempo de exposición, aunque esto se logra a costa de la definición o nitidez de la imagen. Este volumen trata los principios físicos fundamentales que rigen la producción de imágenes radiográficas de alta calidad. 
Nuestro empleo del término calidad de la imagen radiográfica se restringe a la relación objetiva que existe entre los principios aludidos y el aspecto de la imagen. Este uso no debe confundirse con la calidad diagnóstica de la imagen, que toma en cuenta el tipo de información que se pretende obtener, así como las necesidades diagnósticas del radiólogo. 
A medida que se mejoraban los equipos de Rayos X haciéndolos más eficientes y seguros se iniciaban otras modalidades de imágenes. 
El progreso de la informática tiene y seguirá teniendo una gran influencia en la radiología. En 1972, el británico Hounsfield presenta en Londres el primer tomógrafo computarizado, en el cual la imagen no es analógica, como en la radiología convencional, sino digital. 
El equipo, que le valió un premio Nobel, fue desarrollado en base a los trabajos matemáticos. En 1917, el australiano Radón y el sudafricano, Cormack, en 1950, estudiaron el comportamiento de la distribución de las dosis de radioterapia causada por la heterogeneidad de las regiones del cuerpo. 
La más reciente aportación de la tecnología al diagnóstico por la imagen es la resonancia magnética. Su descubrimiento valió el premio Nobel de Física en 1952 a Bloch y Purcell, pero no fue hasta 1981 que se publicaron los estudios de los primeros pacientes sometidos a la técnica de R.M. La gran diferencia de la resonancia magnética con todas las otras técnicas radica en que en lugar de radiaciones utiliza un pulso de radiofrecuencia y, una vez finalizado el pulso, se capta una señal proveniente del paciente, la cual es procesada por un equipo computarizado para reconstruir una imagen. 
Una especialidad médica directamente beneficiada del desarrollo de distintas modalidades de imágenes, es la Radiología Intervencionista, gracias a la cual en los últimos años, se vienen produciendo sustantivos cambios en la conducta del médico en relación con el diagnóstico y manejo de muchas enfermedades. 
En la actualidad, gracias al aporte y desarrollo brindado por la computación y el Internet se cuenta con la radiología digital. La misma sustituye a la radiología convencional brindando excelentes resultados en la aplicación en el área de la salud.
Conceptos esenciales de la radiología 
En un análisis físico todas las cosas de nuestro entorno pueden clasificarse como materia ó energía. 
La Materia es todo aquello que ocupa espacio y tienen masa
Una característica distintiva principal de la materia es la masa, la cantidad de materia contenida en cualquier objeto físico, DESDE UN AUTO HASTA UN ATOMO
Toda la materia conocida está compuesta por unidades microscópicas llamadas átomos formados, a su vez, por tres partículas subatómicas
Vamos a desmenuzar un poco esto para poder entenderlo
Qué es un átomo?
El átomo es una estructura en la cual se organiza la materia en el mundo físico o en la naturaleza. Los átomos forman las moléculas, mientras que los átomos a su vez están formados por constituyentes subatómicos como los protones (con carga positiva), los neutrones (sin carga) y los electrones. (con carga negativa).
Por ejemplo, imaginemos que tenemos un trozo de hierro. Lo partimos. Seguimos teniendo dos trozos de hierro pero más pequeños. Lo volvemos a partir, otra vez... Cada vez tendremos más trozos más pequeños hasta que llegará un momento, en que si lo volviésemos a partir lo que nos quedaría ya no sería hierro, sería otro elemento de la tabla periódica. En este momento, podemos decir que lo que nos ha quedadoes un átomo, un átomo de hierro.
DEFINICION DE ATOMO 
De un modo más formal, definimos átomo como la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas.
El origen de la palabra átomo proviene del griego, que significa indivisible. En el momento que se bautizaron estas partículas se creía que efectivamente no se podían dividir, aunque hoy en día sabemos que los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, repartidas en las dos partes del átomo, las llamadas partículas subatómicas.
PARTES DE UN ATOMO
El átomo se divide en dos partes: el núcleo y la corteza. El núcleo, a su vez, está formado por neutrones (con carga neutra) y protones (con carga positiva). La corteza, sin embargo, está formada únicamente por electrones (con carga negativa).
Los protones, neutrones y electrones son las partículas subatómicas que forman la estructura del átomo. Lo que diferencia a un átomo de otro es la relación que se establecen entre ellas.
Los electrones, de carga negativa, son las partículas subatómicas más ligeras. Los protones, de carga positiva, pesan unas 1.836 veces más que los electrones. Los neutrones, los únicos que no tienen carga eléctrica, pesan aproximadamente lo mismo que los protones.
Los protones y neutrones se encuentran agrupados en la parte central del átomo formado el núcleo atómico. Por este motivo también se les llama nucleones. La energía que mantiene unidos los neutrones y los protones es la energía nuclear
De este modo, la parte central del átomo, el núcleo atómico, tiene una carga positiva en la que se concentra casi toda su masa, mientras que en el escorzo alrededor del núcleo atómico hay un cierto número de electrones, cargados negativamente. La carga total del núcleo atómico (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra. 
MOLECULAS
Definición de molécula en química: una molécula es una entidad eléctricamente neutra compuesto de dos o más átomos del mismo elemento o elementos diferentes, unidos por un enlace químico covalente.
La Energía es la capacidad de hacer un trabajo 
En el sistema internacional SJ se mide en julios (J). En la radiología se usa con frecuencia la unidad electronvoltio (eV).
ENERGIAS – TIPOS:
ENERGIA POTENCIAL- es la capacidad de realizar un trabajo en virtud de la posición que ocupa
ENERGIA CINETICA- es la capacidad de realizar un trabajo debido al movimiento al que se está sometiendo en ese momento
ENERGIA QUIMICA- es la energía que se libera con una reacción química
ENERGIA ELECTRICA - es el trabajo que se realiza cuando un electrón o una carga eléctrica se mueve entre 2 puntos de distinto potencial
ENERGIA TERMICA- es la energía del movimiento en el nivel atómico y molecular
ENERGIA NUCLEAR- es la energía contenida en el núcleo de los átomos. La liberación y el uso de esa energía se controlan en centrales nucleares.
ENERGIA ELECTROMAGNETICA- es el transporte de energía a través del espacio como una doble onda. Es quizás la forma menos familiar de energía. Sin embargo es la más importante para nuestro objetivo, ya que es el tipo de energía que se utiliza en la obtención de las imágenes por Rayos X.
Así como la materia puede transformarse de un tamaño a estado y forma a otros, también la energía puede convertirse de un tipo a otro. Por ejemplo, en Radiología la energía eléctrica en un sistema de imagen de rayos X se utiliza para producir energía electromagnética (el rayo X), que se convierte en energía química en la película radiografica o en una señal eléctrica en un receptor de imagen digital. 
Demos ejemplos de masa y energía: AGUA HIRVIENDO posee masa y energía térmica 
La ecuación de equivalencia masa – energía de Einstein en su teoría de la relatividad 
 donde E es energía, m es masa y c es la velocidad de la radiación electromagnética (luz) en el vacío 
La Energía emitida y transferida en el espacio se denomina Radiación. 
ENERGIA ELECTROMAGNETICA 
CARACTERISTICAS DE LAS ONDAS ELETROMAGNETICA
La onda o radiación electromagnética se propaga en línea recta
Transportan su energía por el aire, no necesitan ningún otro soporte
No posee masa, son invisibles y eléctricamente neutros
Todas las radiaciones se propagan a la misma velocidad, que es la velocidad de la luz
Las radiaciones electromagnéticas atraviesan la materia, siendo su capacidad menor cuando mayor es la densidad de la materia
· Como cualquier otro fenómeno ondulatorio, las ondas electromagnéticas pueden sufrir procesos de reflexión, refracción, difracción y fenómenos de interferencia. 
· Frecuencia: es el número de oscilaciones por segundo, y se mide en Hertzios. los Rx tienen una frecuencia de 10 Hz
· Longitud de onda: es la distancia entre dos puntos en los que el campo magnético y eléctrico alcanzan su valor máximo (cresta). Se mide en metros y si la longitud de onda es muy pequeña, se mide en Armstrong. (Aº = 10 -10 m.) Los Rx tiene una longitud de onda pequeña 
· Periodo: T, es el tiempo en que se realiza una oscilación completa, se mide en segundos. 
· - Si consideramos una onda electromagnética el producto de su longitud por su frecuencia es siempre constante y se llama VELOCIDAD DE PROPAGACION y se mide en m/s y más o menos la velocidad de los Rx es de 300.000 km/s. De esta fórmula decimos que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales
Velocidad: Ì, es la velocidad a la que se transmiten las ondas electromagnéticas en el vacío. Es la velocidad de la luz: Ì = 3 · 10 8 m/seg.(SI)
· Amplitud: es la altura de una onda. 
· Energía: Î, en las ondas electromagnéticas, la energía se transporta concentrada en pequeños paquetes energéticos llamados cuantos o fotones. Î fotón = h · ¦ = h · (Ì ¸ l). Siendo h la constante de Planck = 6,62 · 10-34 jul · seg. La energía de un fotón es directamente proporcional a la frecuencia, e inversamente proporcional a la longitud de onda. La medida de energía en radiodiagnóstico, es decir, la energía de los fotones electromagnéticos se mide en kiloelectrovoltios =kev. I ev es la energía que adquiere un electrón acelerado en un campo eléctrico de un voltio
La radiación es transferencia de energía.
La materia que intercepta la radiación y absorbe parte o la totalidad de la misma se denomina expuesta o irradiada Ej. Un cuerpo expuesto al sol esta irradiado con UV. Durante una exploración radiológica el paciente es expuesto a los Rayos X. se dice que el paciente esta irradiado 
La radiación ionizante es un tipo especial de radiación que incluye los rayos X. Radiación ionizante es cualquier tipo de radiación capaz de retirar un electrón orbital del átomo con el que interacciona. Este tipo de interacción de la radiación con la materia se denomina Ionización. 
IONIZACION
En los choques de partículas contras electrón, la energía transferida es superior a la energía de enlace del electrón colisionado esto abandona el átomo y se crea un ion positivo de ahí se crea pares de ion – electrón esto es ionización primaria si tiene energía necesaria para producir nuevas ionizaciones es ionización secundaria
Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el medio que atraviesa (extrayendo los electrones de sus estados ligados al átomo), se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se habla de radiación no ionizante
La radiación ionizante es un tipo de energía liberada por los átomos en forma de ondas electromagnéticas o partículas. Las personas están expuestas a fuentes naturales de radiación ionizante, como el suelo, el agua o la vegetación, así como a fuentes artificiales, tales como los rayos X y algunos dispositivos médicos.
Las radiaciones ionizantes son aquellas radiaciones con energía suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus estados ligados al átomo
Las radiaciones se pueden clasificar como ionizantes y no ionizantes.
 Existen dos tipos de radiación ionizante, una de naturaleza electromagnética (rayos X, rayos gamma) y otra, constituidapor partículas (alfa, beta y neutrones). Las radiaciones electromagnéticas de menor frecuencia que la necesaria para producir ionización, como lo son, la radiación ultravioleta (UV), visible, infrarroja (IR), microondas y radiofrecuencias, hasta los campos de frecuencia extremadamente baja (ELF), comprenden la región del espectro conocida como radiación no ionizante.
Algunos de los ejemplos de radiacion ionizante de particulas
Los Rayos X: Bases de formación de la Imagen
Origen: 
Los Rayos X forman parte del espectro de radiaciones electromagnéticas, al igual que las ondas eléctricas y las de radio, (éstos en un extremo), y los rayos infrarrojos, los visibles, y los ultravioleta (en la zona media), situándose, junto a los rayos cósmicos, al otro extremo del espectro. 
Los Rayos X se originan cuando los electrones inciden con muy alta velocidad sobre la materia y son frenados repentinamente. Se produce así la radiación X, de muy distintas longitudes de onda ("espectro continuo"), debido a la diferente velocidad de los electrones al chocar. Si la energía del bombardeo de electrones es mayor todavía, se producirá otro tipo de radiación, cuyas características dependerán del material del blanco ("radiación característica"). La diferente longitud de onda de la radiación determina la calidad o dureza de los rayos X: cuanto menor es la longitud de onda, la radiación se dice más dura, que tiene mayor poder de penetración. A lo contrario se denomina "radiación blanda". 
Propiedades de los rayos X: 
1. Poder de penetración: los rayos X tienen la capacidad de penetrar en la materia.
2. Efecto luminiscente: los rayos X tienen la capacidad de que al incidir sobre ciertas sustancias, éstas emitan luz. 
 3. Efecto fotográfico: los rayos X tienen la capacidad de producir el ennegrecimiento de las emulsiones fotográficas, una vez revelada y fijadas. Esta es la base de la imagen radiológica 
 4. Efecto ionizante: los rayos X tienen la capacidad de ionizar los gases (Ionización: acción de eliminar o añadir electrones). 
 5. Efecto biológico: son los efectos más importantes para el hombre, y se estudian desde el aspecto beneficioso para el ser humano en la Radioterapia, y desde el negativo, intentando conocer sus efectos perjudiciales, en la Protección Radiológica. 
CARACTERISTICAS DE LOS RX
· Los rayos x viajan en línea recta 
· Los rayos x no posee carga ni masa por lo tanto no son desviados por campos eléctricos ni magnéticos
· Pueden descargar objetos cargados eléctricamente 
· Pueden ionizar gases puede generar iones eléctricamente 
· Los rayos x son invisibles 
· Los rayos x pueden transportar algunos materiales 
· Los rayos x son ondas electromagnéticas de una naturaleza similar a la de la luz, pero con un poder de penetración y energía mucho mayor y al ser ondas electromagnéticas están constituidas por fotones que lo transportan a través del espacio, viajan a la velocidad de la luz que se propagan en el vacío.
La absorción de los rayos X por el organismo humano, depende a su vez: 
 1.Del tipo de radiación utilizada: Con tensiones de 40-60 Kv en el tubo de rayos X, se produce una radiación blanda que es fácilmente detenida por el organismo, con lo que se requieren dosis más altas de radiación para el ennegrecimiento de la película o para producir luminiscencia en la pantalla radioscópica. Con tensiones de 80-100 Kv (radiación dura), se consigue una mayor penetración en el organismo y por lo tanto se precisan menos dosis de radiación X para conseguir el ennegrecimiento de la película radiográfica. 
2. Del espesor y densidad del medio atravesado, ya que cuanto mayor es el espesor y/o la densidad del medio atravesado, más resistencia presenta a dejarse atravesar por los rayos X, factor que puede ser solventado aplicando una radiación más dura o más blanda, según las circunstancias de cada tipo de radiografía. 
3. Del número atómico del absorbente, puesto que según el número atómico Z que tengan las estructuras o grupos de estructuras orgánicas atravesadas, así corresponderán al “aire orgánico ”o “partes blandas” del organismo” (elementos como el hidrógeno (Z=1), el carbono (Z=6), el nitrógeno (Z=7), o el oxígeno (Z=8), que darán en la placa radiográfica densidades radiológicas de “aire” o “agua”.
 Los elementos con número atómico más alto, como el fósforo (Z=15) o el calcio (Z=20), corresponden a estructuras orgánicas óseas y darán una densidad radiográfica ósea o cálcica. Y por fin, los elementos con número atómico muy alto, como el yodo (Z=53) o el bario (Z=56), se utilizan para fabricar sustancias de contraste y darán una densidad radiológica mucho más alta en la radiografía, ya que son opacas totalmente al paso de los rayos X, y se verán blancas en la placa radiográfica.
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