RAYOS X

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RAYOS X: NATURALEZA, PROPRIEDADES, INTERACCIÓN CON LA MATERIA
Radiología convencional
Utiliza radiación X para el dx médico.
Radiografía: documenta el paso de la radiación ionizante a través de un cuerpo.
Radioscopia: permite la visualización de estructuras anatómicas en tiempo real.
Rayos X
Radiación 
Emisión y propagación de energía a través del aire o la materia. 
Tipos: 
· Corpuscular 
Partículas de materia con masa que viaja en línea recta a gran velocidad desde sus orígenes (particular alfa, protones, neutrones).
· Electromagnética
Propagación de energía a través del espacio en forma de un campo electromagnético oscilante (rayos X, gamma, luz, ondas de radio).
Los rayos X son una forma de energía electromagnética que se propaga en forma de ondas energéticas (sin masa) la velocidad de la luz.
C = λ . v
C: velocidad de la luz
λ (lambda): longitud de onda
V (nu): frecuencia (n° de oscilaciones por unidad de tiempo)
Espectro electromagnético 
Todas las formas de radiación electromagnética se agrupan de acuerdo a sus longitudes de onda. Ninguna tiene masa y todas se desplazan con la misma velocidad. Cuando su longitud de onda cambia, cambian sus propiedades. 
Como todas las ondas electromagnéticas tienen la misma velocidad, su frecuencia (v) es inversamente proporcional a su longitud de onda.
Naturaleza cuántica de la radiación electromagnética 
Para muchos propósitos se considera a la radiación electromagnética como ondas. También podemos considerarla como pequeñas partículas viajando con la velocidad de la luz y cada una posee una cierta cantidad de energía. Esta partícula o haz de energía se llama quantum o fotón.
La cantidad de energía transportada por el fotón depende de la frecuencia de la radiación. Si se duplica la frecuencia, la energía del fotón se duplica (directamente proporcional).
Naturaleza dual de la radiación electromagnética 
Longitud de onda corta significa alta frecuencia, que significa fotones de gran energía.
Longitud de onda larga significa baja frecuencia, lo que equivale a fotones de pequeña energía. 
Energía de ligadura del electrón a su órbita
Es la energía requerida para desplazar al electrón de su órbita o capa.
Es mayor en las capas más internas del átomo y en los átomos con alto n° atómico (n° de protones en el núcleo).
La energía de ligadura es negativa. Para desplazar un electrón del átomo es necesaria una energía igual a 0 o de valores positivos.
La energía cinética siempre tiene valores positivos.
Ionización 
Formación de iones positivos y negativos por desplazamiento de un electrón de un átomo eléctricamente neutro.
La ionización comienza con un átomo neutro (carga eléctrica es 0 porque hay igual cantidad de cargas (+) y (-) – n° de protones en el núcleo (+) que de electrones (-)).
Cuando un átomo gana o pierde electrones se ioniza.
Átomo 
Numero atómico (Z): número de protones en el núcleo o de electrones orbitales.
Numero de masa (A): suma de protones y neutrones en el núcleo.
Las propiedades químicas de un átomo están determinadas por el n° atómico. 
¿Que son los rayos X?
Son paquetes de alta energía, sin carga eléctrica que se desplazan en ondas con una frecuencia específica, a la velocidad de la luz.
Propiedades
1. Ondas altamente penetrantes, invisibles
2. Eléctricamente neutros
3. Amplio rango de longitudes de onda 
4. Cada haz de rayos X es heterogéneo (contiene rayos de distinta longitud de onda)
5. Se propaga en línea recta
6. Poder de ionización de gases por su capacidad de desplazar electrones de sus átomos
7. Causan fluorescencia en ciertos cristales
8. Producen efecto fotográfico en un film (imagen latente que se revela químicamente)
9. Provocan cambios químicos y biológicos que dependen de su poder de ionización
Producción
Cuando electrones animados de una gran velocidad son desacelerados o parados bruscamente, parte de su energía cinética se convierte en rayos X.
Condiciones necesarias para su producción
1. Producción de electrones
La corriente de filamento (bajo voltaje) calienta el filamento de Tungsteno (2.200°C) hasta la incandescencia y libera electrones por emisión termoiónica.
2. Electrones de alta velocidad
Se desarrolla una alta diferencia de potencial entre cátodo (filamento) y ánodo (blanco) aplicando alto voltaje entre ellos.
Los electrones de la nube son acelerados hacia el ánodo a una altísima velocidad (1/2 de la luz). 
La corriente nube electrónica de electrones siempre es de cátodo al ánodo.
3. Concentración de electrones
El haz electrónico es focalizado hacia un punto pequeño sobre la superficie del ánodo mediante un focalizador de molibdeno en el cátodo que está diseñado para dirigirlos hacia el foco anódico.
4. Frenamiento brusco de los electrones
Al llegar al ánodo la corriente electrónica es frenada bruscamente por choque y la energía cinética es transformada, 98.8% en calor y solo el 0.2% en rayos X.
Este choque provoca una excitación más que una ionización. En este estado los electrones, como proyectiles, transfieren parte de su energía a la capa más externa de los átomos del ánodo, pero no la suficiente como para ionizarlo y lo dejan como un mayor nivel energético. Cuando retornan a su nivel energético inician lo hacen emitiendo radiación infrarroja (calor).
La eficiencia de un tubo moderno, por lo tanto, es muy baja.
Tipos
1. Rayos X generales/Bremsstrahlung/radiación de frenamiento
Este tipo de radiación se origina por la interacción de los electrones con el núcleo de Tg del ánodo.
Cuando el electrón-proyectil pasa cerca del núcleo reduce su velocidad (es frenado) y desviado de su trayectoria original. Esto deja al electrón con una reducida energía cinética y esta perdida de energía reaparece como radiación X. 
Una radiación de frenamiento de baja energía se produce cuando un electrón es apenas influido por el núcleo. Una de alta energía, cuando el electrón pasa muy cerca del núcleo y pierde casi toda su energía cinética.
En radiología dx la mayoría de la radiación X tiene su origen en el frenamiento o Bremsstrahlung.
2. Raxos X característicos
Si el proyectil-electrón interacciona con la capa electrónica más intensa (K), sin hacerlo con el núcleo atómico se produce una radiación característica. 
El proyectil eyecta el electrón de la capa K y el átomo de tungsteno queda ionizado y en la capa K queda temporariamente un “agujero electrónico”, que es ocupado por un electrón de la capa subyacente, esta transición electrónica de una órbita más externa a una interna es acompañada por la emisión de fotón de rayos X (característico).
Proporción 
Si el kilovoltaje (Kv) es de 70:
· 15% radiación característica
· 85% rayos X generales
Tubo de rayos
Características
· Cátodo (filamento de Tungsteno): produce electrones al calentarse
· Ánodo (placa Tungsteno): produce Rx por choque electrónico
· Entre ambos: diferencia de potencial
· Protegido por ampolla de virio pirex (alta resistencia al calor)
· Alto vacío: evita el choque de los electrones con el aire
· Cátodo conectado al polo negativo
· Ánodo conectado al polo positivo: atrae electrones
· Todos los componentes protegidos por una calota de hierro
· Ánodo giratorio para evitar el choque de electrones en el mismo lugar
Producción de rayos X
Equipo de rayos
1. Generador de alta tensión
2. Mesa de comando
3. Mesa de examen
4. Tubo de rayos
5. Columna porta tubo
Calidad e intensidad de los rayos X
La intensidad o cantidad de rayos X depende de la cantidad de electrones que chocan contra el ánodo en la unidad de tiempo. Depende de la temperatura del filamento (cátodo). Se regula con el miliamperaje (mA).
El poder de penetración o calidad de los rayos X depende de la energía cinética (velocidad) con que los electrones chocan contra el ánodo. Se regula variando la diferencia de potencial entre cátodo-ánodo con el kilovoltaje (Kv).
Filtración
Los rayos X tienen un espectro continuo de energía.
En una onda coexisten rayos de distinta longitud de onda. Los rayos de menor energía llegan a la piel del paciente y de allí se absorben lo que puede provocar lesiones(dermatitis). Para evitarlo se colocan filtros de aluminio en la ventana del tubo de rayos, cuya función es absorber los fotones de baja energía y evitar que lleguen a la piel del paciente.
Interacción con la materia
Desde el punto de vista de la radiología diagnóstica los rayos X interaccionan con la materia de acuerdo a dos mecanismos:
1. Efecto fotoeléctrico
Predomina con rayos X de baja energía y con altos n° atómico.
Cuando un fotón choca con un átomo puede incidir sobre un electrón de una órbita interna y eyectarlo del átomo. Si el fotón aún queda con energía se la transfiere al electrón eyectado como energía cinética.
2. Efecto Compton
Acontece en la absorción de rayos X de alta energía y n° atómicos bajos. Se produce cuando fotones de alta energía colisionan con un electrón orbital.
Ambas partículas se eyectan con un ángulo que diverge al fotón incidente, este transfiere parte de su energía al electrón que emerge con una longitud de onda mayor. Esta divergencia se conoce como dispersión Compton
Atenuación de los rayos X
ATENUACIÓN = ABSORCIÓN + DISPERSIÓN 
La absorción es directamente proporcional a:
· N° atómico del material
· Espesor
E inversamente proporcional a:
· Energía del fotón
Radiación dispersa
Se produce cuando el fotón incidente interacciona con el cuerpo del paciente. 
Es de baja energía y dirección diferente a la del haz primario. 
Nociva para el paciente (se absorbe en los tegumentos) y degrada la imagen radiográfica.
Su reducción:
· Limitar (colimar) el haz (↓ su producción)
· Uso de grillas o rejillas antidifusoras (↓ su llegada)
· Los fotones que pasan a través del cuerpo del paciente y llegan al film son TRANSMITIDOS
· Los fotones que entregan toda su energía al cuerpo son ABSORBIDOS
· Los fotones que son desviados de su dirección original son DISPERSADOS
Reducción-grilla antidifusora
La grilla deja pasar solo los fotones paralelos a las láminas del plomo.
Absorbe la radiación dispersa. 
Película radiográfica
Soporte:
· Base de poliéster (fuerte y flexible)
· Gelatina
Emulsión sensible:
· Cristales de yoduro de plata (suspendidos en la gelatina)
· Granos de forma plana de yoduro de plata en las películas modernas
· Producen superficies planas que aumenta la sensibilidad y la velocidad del film
Pantalla reforzadora
Son cristales de tierras raras.
Convierten la energía del haz de rayos en luz visible.
Por cada fotón de rayos X que llega se producen cientos de haces luminosos.
La pantalla reforzadora es responsable del 98% de la imagen radiológica.
 
Ventajas:
1. Disminución de los factores de exposición 
· Disminuye la dosis
· Disminuye el tiempo de exposición
2. Mejora el contraste (respecto de las radiografías realizadas sin pantalla)
Radioprotección
Por su uso especialmente médico, los rayos X son los que mas contribuyen a la irradiacion artificial de la población (90%).
Es importante que los médicos conozcan los peligros de las radiaciones ionizantes para tener en cuenta su relación riesgo/beneficio.
· Colimación: limitar el haz de radiación solo a la zona del interés. Esto además mejora la calidad de imagen.
· Distancia tubo-paciente: a igualdad de dosis, la dosis en la piel del paciente es inferior cuando se aleja el tubo. Aumentando la distancia tubo paciente de 25 a 60 cm, se reduce la dosis dérmica al 50%. Disminuye con el cuadrado de la distancia.
· Calidad del haz de rayos: si un haz tiene muchos fotones de baja energia, un alto % será absorbido por el paciente y solo pocos contribuiran a formar la imagen (mala calidad).
· Filtración: filtros de aluminio colocados en la ventana del tubo absorben los fotones de baja energia que dañan la piel del paciente.
· Grilla antidifusora: dispositivo que cumple la función de reducir la radiación dispersa emitida por el paciente antes de llegar a la pelicula.
· Sensibilidad de la película y pantalla: utilizar películas y pantallas de alta sensibilidad, lo que permite reducir la dosis.
· Intensificadores de imagem: al aumentar la luminosidad de la imagen fluoroscópica disminuye la dosis de radiación necesaria para un estudio dinámico.
Embarazo
En la mujer en edad de concebir indicar la radiografía luego de los 10 dias después de la menstruación.
Si se comprueba el embarazo: posponer el estudio hasta el nacimiento.
Si no se puede: por los menos hasta los 8 meses del embarazo.
La radiosensibilidad fetal es 10x mayor que en el adulto. Especialmente durante el 1º trimestre de gestación.
Radiosensibilidad
Mayor cuanto mas se dividen las células de un tejido (fundamento de la radioterapia).
Por ello se afectan especialmente los tejidos embrionarios y los elementos blancos de la sangre (médula ósea esta en actividad continua).
Radiologia digital
1. Directa
Usa detectores para capturar la imagen.
Esta imagen se lee en una workstation o son impresas.
Detectores de silicato de amorfo.
No usa chassis radiográficos.
2. Radiologia computada
La radiografia se toma con equipos convencionales.
Usa chassis con pantallas de fosforo.
Las imágenes son escaneadas en un digitalizador y vistas en un monitor y impresas.